Телескопи NASA виявили рекордну чорну діру

За допомогою телескопів NASA астрономи виявили найвіддаленішу чорну діру, яку можна побачити в рентгенівських променях. Чорна діра перебуває на ранній стадії зростання, яка ніколи раніше не спостерігалася, де її маса подібна до маси основної галактики. Цей результат може пояснити, як утворилися деякі з перших надмасивних чорних дір у Всесвіті.

Об’єднавши дані рентгенівської обсерваторії Чандра НАСА та космічного телескопа Джеймса Вебба НАСА, команда дослідників змогла знайти ознаки зростання чорної діри лише через 470 мільйонів років після Великого вибуху.

«Нам потрібен був Вебб, щоб знайти цю надзвичайно далеку галактику, а Чандра — щоб знайти її надмасивну чорну діру», — сказав Акос Богдан з Центру астрофізики | Harvard & Smithsonian (CfA), який веде нову статтю, доступну на сервері препринтів arXiv і заплановану на публікацію в журналі Nature Astronomy з описом цих результатів. «Ми також скористалися космічним збільшувальним склом, яке збільшило кількість світла, яке ми виявили». Цей ефект збільшення відомий як гравітаційне лінзування.

Богдан і його команда знайшли чорну діру в галактиці під назвою UHZ1 у напрямку галактичного скупчення Abell 2744, розташованого на відстані 3,5 мільярда світлових років від Землі. Дані Вебба, однак, показали, що галактика знаходиться набагато далі, ніж скупчення, на відстані 13,2 мільярда світлових років від Землі, коли вік Всесвіту становив лише 3% від свого поточного віку.

Потім протягом двох тижнів спостереження з Чандрою показали наявність інтенсивного, перегрітого газу, що випромінює рентгенівське випромінювання, у цій галактиці — торгової марки зростаючої надмасивної чорної діри. Світло від галактики та рентгенівське випромінювання від газу навколо її надмасивної чорної діри збільшуються приблизно в чотири рази шляхом втручання матерії в Abell 2744 (через гравітаційне лінзування), посилюючи інфрачервоний сигнал, виявлений Веббом, і дозволяючи Чандрі виявити джерело слабкого рентгенівського випромінювання.

Це відкриття є важливим для розуміння того, як деякі надмасивні чорні діри можуть досягати колосальних мас незабаром після Великого вибуху. Чи утворюються вони безпосередньо від колапсу масивних хмар газу, утворюючи чорні діри вагою приблизно від 10 000 до 100 000 сонць? Або вони походять від вибухів перших зірок, які створюють чорні діри вагою приблизно від 10 до 100 сонць?

«Існують фізичні обмеження щодо того, як швидко чорні діри можуть рости після того, як вони сформувалися, але ті, які народжуються більш масивними, мають перевагу. Це як посадка саджанця, якому потрібно менше часу, щоб вирости в повнорозмірне дерево, ніж якби ви почали лише з насіння», — сказав Енді Гулдінг з Прінстонського університету. Гулдінг є співавтором статті Nature Astronomy і провідним автором нової статті в The Astrophysical Journal Letters, яка повідомляє про відстань і масу галактики за допомогою спектра Вебба.

Команда Богдана знайшла вагомі докази того, що нещодавно відкрита чорна діра народилася масивною. За оцінками, його маса становить від 10 до 100 мільйонів сонць, виходячи з яскравості та енергії рентгенівського випромінювання. Цей діапазон мас подібний до діапазону всіх зірок у галактиці, де він живе, що різко контрастує з чорними дірами в центрах галактик у сусідньому Всесвіті, які зазвичай містять лише приблизно десяту відсотка маси своєї маси. зірки господарської галактики.

Велика маса чорної діри в молодому віці, а також кількість рентгенівського випромінювання, яке вона виробляє, і яскравість галактики, виявлені Веббом, узгоджуються з теоретичними прогнозами 2017 року співавтора Приямвади Натараджана з Єльського університету для «Негабаритна чорна діра», яка утворилася безпосередньо внаслідок колапсу величезної хмари газу.

«Ми вважаємо, що це перше виявлення «великої чорної діри» і найкращий отриманий доказ того, що деякі чорні діри утворюються з масивних хмар газу», — сказав Натараджан. «Вперше ми бачимо короткий етап, коли надмасивна чорна діра важить приблизно стільки ж, скільки зірки в її галактиці, перш ніж вона відстає».

Дослідники планують використати ці та інші результати, отримані від Вебба та ті, що поєднують дані з інших телескопів, щоб заповнити більшу картину раннього Всесвіту. Космічний телескоп Хаббл раніше показав, що світло від далеких галактик сильно посилюється речовиною в скупченні галактик, що проходить між ними, що є частковою мотивацією для спостережень Вебба та Чандри, описаних тут.

Стаття з описом результатів команди Богдана з’являється в Nature Astronomy, а препринт доступний в Інтернеті. Крім перерахованих вище, серед авторів – Орсоля Ковач (Університет Масарика, Чеська Республіка), Грант Трембле (CfA), Урміла Чадаямурі (CfA), Марта Волонтері (Інститут астрофізики Парижа, Франція), Ральф Крафт (CfA), Вільям Форман (CfA), Крисін Джонс (CfA), Євген Чуразов (Інститут астрофізики Макса Планка, Німеччина) та Ірина Журавльова (Чиказький університет).

Дані Вебба, використані в обох статтях, є частиною дослідження під назвою Ultradeep Nirspec і nirCam ObservVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER). Доповідь під керівництвом члена команди UNCOVER Енді Гулдінг опублікована в Astrophysical Journal Letters. Серед співавторів інші члени команди UNCOVER, а також Богдан і Натараджан. Очікується опублікувати детальну інтерпретаційну статтю, яка порівнює спостережувані властивості UHZ1 з теоретичними моделями для великих галактик із чорними дірами. Джерело