Астрономы сделали потрясающее открытие, обнаружив в ранней Вселенной исключительно большую сверхмассивную черную дыру. Излучая свет в период, когда нашему космосу было всего 764 миллиона лет, эта массивная черная дыра, по оценкам, в 40 миллионов раз превышает массу нашего Солнца, что противоречит ожиданиям для столь ранней эпохи.
«Маяки» в ранней Вселенной
Квазары возникают, когда огромное количество материи окружает сверхмассивные черные дыры. Эта материя организуется в аккреционный диск из газа и пыли, постепенно питая черную дыру. Под действием мощной гравитации черной дыры эта материя перемешивается, создавая экстремальные температуры и интенсивную яркость.
Кроме того, вещество, которое не поглощается сверхмассивной черной дырой, направляется к полюсам космического титана. Частицы в этих зонах разгоняются до скоростей, близких к скорости света, образуя плотные струи. Когда эти релятивистские струи испускаются, они создают светящиеся вспышки, сопровождаемые ослепительными электромагнитными излучениями.
Благодаря этим явлениям квазары, источником энергии которых являются сверхмассивные черные дыры в активных галактических ядрах (АЯГ), часто отличаются ослепительным блеском, настолько, что их свет может затмить свет всех звезд вместе взятых в окружающей галактике.
Однако квазар, о котором здесь идет речь, не был бы обнаружен без помощи эффекта, предсказанного Альбертом Эйнштейном в 1915 году: гравитационного линзирования.
Увеличивающий эффект
Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что объекты с массой искривляют пространство-время. Согласно этой теории, гравитация является следствием этого искривления, причем с увеличением массы объекта искривление пространства-времени становится более выраженным.
Когда свет приближается к массивному объекту, его траектория становится все более искривленной, что меняет его внешний вид. Иногда этот эффект может даже создать впечатление, что фоновый объект появляется в нескольких местах на одном изображении неба. В других случаях свет от фонового объекта просто усиливается, увеличивая его видимый размер.
Сверхмассивная черная дыра возрастом 700 миллионов лет
В рамках этой недавней работы телескоп Джеймса Уэбба использовал скопление галактик под названием Abell 2744 в качестве переднего плана, чтобы усилить свет от фоновых галактик, которые в противном случае слишком далеки, чтобы их можно было увидеть. Это позволило обнаружить квазар, на котором они сфокусировались.
Изначально он был виден как три красные точки. Затем исследователи использовали модель цифрового линзирования, чтобы определить, что это, должно быть, несколько изображений одного и того же фонового источника, наблюдавшегося, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет.
Анализ цветов объекта также показал, что это не типичная звездообразующая галактика. Благодаря компактным размерам стало ясно, что это, скорее всего, сверхмассивная черная дыра. Очень красный оттенок на снимках объясняется тем, что ее свет растянулся во времени из-за расширения Вселенной, а также тем, что объект окружен огромным облаком газа и пыли.
Колоссальный объект
Несмотря на свою молодость, эта сверхмассивная черная дыра превосходит свою галактику-хозяина и, как ни странно, является более массивной, чем обычно. В целом сверхмассивная черная дыра должна составлять около 0,1 % массы звезд в своей галактике, но эти наблюдения показывают, что она слишком велика, превышая эту оценку по крайней мере в десять раз.
Это открытие добавляет загадку к тому, как сверхмассивные черные дыры, которые могут быть в миллионы (или даже миллиарды) раз массивнее Солнца, достигли таких огромных размеров в период становления Вселенной. Фактически, было обнаружено, что несколько других сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной имеют схожие характеристики. На данный момент астрономы не могут объяснить это.
Подробности исследования опубликованы в журнале Nature.
