Гигантская черная дыра, родившаяся в первые годы существования Вселенной, сейчас занимается тем, что шокирует своим поведением: она дремлет после обильного поедания материи. В новом исследовании ученые наблюдали черную дыру в спящем состоянии, уснувшую после поглощения материи и пережившую бурный период роста. Ее дремота, несмотря на то, что она была неспешной, может дать ответы на вопросы о рождении и росте черных дыр.
Обновленный взгляд на черные дыры лежит в основе недавно опубликованного в Nature исследования группы международных астрономов во главе с Кембриджским университетом, которые сделали это открытие с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Черная дыра, занимающая центральное место в исследовании, возникла через 800 миллионов лет после Большого взрыва, на раннем этапе эволюции Вселенной.
Что заставляет черную дыру засыпать?
Как выяснила команда исследователей, эта черная дыра также является своего рода аномалией из-за своих поразительных размеров: она составляет около 40 процентов от общей массы галактики-хозяина. В то же время большинство черных дыр в местной Вселенной составляют лишь 0,1 процента от массы галактики-хозяина.
Однако в настоящее время первобытная черная дыра не обладает таким прожорливым аппетитом, чтобы соответствовать своей огромной массе. В настоящее время она лишь накапливает газ, необходимый ей для роста, что примерно в 100 раз ниже теоретического максимального предела, который она может съесть. Из-за отсутствия постоянного роста она находится в спящем состоянии.
Черные дыры часто можно наблюдать не напрямую, а по их аккреционному диску — структуре из горячего газа и пыли, которая испускает яркое свечение. Когда они не испытывают активного роста, то становятся менее светящимися, а значит, их труднее заметить. Исследователи обратили внимание на спящую черную дыру благодаря ее огромным размерам.
«Несмотря на то что эта черная дыра находится в спящем состоянии, ее огромный размер позволил нам обнаружить ее», — говорится в заявлении Игнаса Юоджбалиса, ведущего автора исследования из Кембриджского института космологии имени Кавли. «Ее спящее состояние позволило нам узнать и о массе галактики-хозяина. Ранняя Вселенная успела породить несколько абсолютных монстров, даже в относительно крошечных галактиках».
Объяснение причин «голода» черных дыр
Увидев, что она спит, исследователи задались вопросом, как могла образоваться черная дыра такого размера и возраста.
Обычно черные дыры образуются из распавшихся звезд и растут за счет накопления материи до такого максимального предела, называемого пределом Эддингтона, при котором достигается баланс между давлением излучения и гравитационным притяжением черной дыры. Но это не объясняет, как гигантская, спящая черная дыра раздулась до своих нынешних размеров.
Наиболее правдоподобный ответ, предложенный в новом исследовании, заключается в том, что черные дыры могут испытывать всплески гиперактивного роста, за которыми следуют длительные периоды спячки.
Используя компьютерное моделирование для понимания процесса роста черной дыры, ученые выяснили, что она, скорее всего, на короткое время превысила предел Эддингтона, после чего перешла в состояние бездействия. По мнению исследователей, черные дыры, подобные этой, могут питаться от 5 до 10 миллионов лет, а затем спать около 100 миллионов лет. В ноябре 2024 года отдельное исследование в журнале Nature Astronomy показало, что черная дыра, образовавшаяся через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, также превысила предел Эддингтона — еще один признак того, что черные дыры ранней Вселенной могли потреблять материю с высокой скоростью.
«Звучит контринтуитивно, если объяснить спящую черную дыру периодами гиперактивности, но эти короткие вспышки позволяют ей быстро расти, в то время как большую часть времени она дремлет», — сказал Роберто Майолино, астрофизик из Института Кавли и Кавендишской лаборатории Кембриджа, в пресс-релизе.
Хотя спящие черные дыры нелегко наблюдать из-за их низкой светимости, исследователи уверены, что во Вселенной существует еще больше таких дыр, которые ждут, чтобы их нашли. Благодаря такой модели быстрого роста и длительного покоя, взгляды на развитие черных дыр теперь могут быть существенно пересмотрены.
«Вполне вероятно, что подавляющее большинство черных дыр находится в этом спящем состоянии — я удивлен, что мы нашли эту, но меня радует мысль, что мы можем найти еще столько же», — сказал Майолино.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ru
