Найдавнішу чорну діру, яку тільки бачило людство, знайшли на початку часів

Деталі

Це відкриття, схоже, підтверджує модель прямого колапсу надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті, а не довгий, повільний процес акреції з чогось, що має масу великої зірки. "У Всесвіті ще дуже рано бачити чорні діри такої масивності, тому ми повинні розглянути інші способи їх утворення", – каже Майоліно.

Дуже ранні галактики були надзвичайно багаті на газ, тому вони були б як "шведський стіл" для чорних дір,
– каже вчений.

Галактика, про яку йде мова, вже раніше потрапляла нам на очі. Вона має назву GN-z11. Кілька років тому її назвали найдавнішою галактикою, яку ми бачили у Всесвіті – її світло йшло до нас 13,4 мільярда років, тоді як за нинішніми оцінками Великий вибух стався близько 13,8 мільярда років тому.

Відтоді цей рекорд був побитий спостереженнями космічного телескопа Джеймса Вебба. JWST був запущений уже після відкриття GN-z11, пропонуючи безпрецедентний рівень чутливості, за допомогою якого можна побачити далекий і дуже ранній Всесвіт. Тож Майоліно та його команда використали новий космічний телескоп, щоб отримати набагато детальніший погляд на GN-z11, ніж міг надати Hubble, щоб побачити, що може ховатися в серці далекої галактики.

Нові спостереження зафіксували спектр галактики, який дослідники розділили на частини в ході детального аналізу, щоб побачити, як виробляється світло від GN-z11. І в спектрі вони знайшли ознаки акреції — процесу, за допомогою якого чорні діри поглинають матерію.

Чорні діри, як відомо, самі не виробляють світло. На певній відстані від центру чорної діри, відомої як горизонт подій, гравітація стає настільки сильною, що світло не має достатньої швидкості, щоб уникнути її тяжіння. Але за межами горизонту подій матерія закручується й обертається в екстремальному середовищі навколо чорної діри, утворюючи диск. Цей акреційний диск просто палає світлом, нагрітий гравітацією і тертям. Це, як виявили дослідники, і є джерелом, яке освітлює GN-z11.

Ця чорна діра живиться з такою швидкістю, що, швидше за все, поглине молоду галактику: під час живлення чорна діра починає випромінювати потужні ядерні вітри, які врешті-решт здують весь зореутворюючий газ в галактиці, в результаті чого вона дрейфуватиме космосом, утворюючи дуже мало нових зірок.

Дослідники вважають, що GN-z11 – дуже маленька галактика, приблизно в 100 разів менша за нашу. З такою швидкістю, з якою живиться її чорна діра, не пройде багато часу, перш ніж газ буде зметений у міжгалактичний простір. У цьому процесі зростання чорної діри припиниться, оскільки вона здуває будь-який матеріал, який сама могла б використовувати для "харчування".

Частина неба, де знайшли галактику GN-z11 / Фото NASA, ESA, P. Oesch/Yale University, G. Brammer/STScI, P. van Dokkum/Yale University, and G. Illingworth/UC Santa Cruz

Занадто велика

Вчені підсумовують, що розмір чорної діри занадто великий, щоб утворитися з чогось розміром із зірку за 400 мільйонів років після Великого вибуху. Астрономи припускають, що в ранньому Всесвіті чорні діри могли утворитися безпосередньо з гравітаційного колапсу величезних згустків матерії.

Крім того, оскільки всі галактики, схоже, мають чорну діру в центрі, можна припустити, що будь-які більш ранні галактики, помічені JWST, також матимуть їх.

GN-z11 – це найперша з підтверджених і виміряних галактик, що з'явилася на зорі Всесвіту, в епоху, відому як Епоха реіонізації. До цієї епохи простір був непрозорим. Лише коли матерія стала реіонізованою, простір став прозорим, і світло могло вільно проникати.

Одне з актуальних питань космології — джерело іонізуючого випромінювання. GN-z11 припускає, що певну роль у цьому відіграють чорні діри.