2024-1-18 21:48 |
Команда астрономов использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы обнаружить самую далекую и самую старую черную дыру, которую когда-либо видели, когда она пирует на своей родительской галактике.
Это открытие может стать огромным шагом вперед в понимании того, как сверхмассивные черные дыры достигали масс, эквивалентных массам, в миллионы миллиардов раз превышающим солнечную, в самые ранние эпохи существования Вселенной.
Черная дыра находится в древней галактике GN-z11, которая находится на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет от нас и поэтому видна такой, какой она была всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва . Сама черная дыра примерно в 6 миллионов раз массивнее Солнца и, похоже, питается материей из окружающей галактики в пять раз быстрее, чем предел, предполагаемый современными теориями.
Факультет физики Кембриджского университета и руководитель группы Роберто Майолино в своем заявлении назвали это открытие «гигантским скачком вперед» для науки о черных дырах.
«», - сказал Майолино в своем заявлении. «Очень ранние галактики были чрезвычайно богаты газом, поэтому они были своего рода буфетом для черных дыр».
Являются ли сверхмассивные черные дыры переедателями?
Размер ранних сверхмассивных черных дыр, которые сформировались, когда Вселенной было меньше 1 миллиарда лет, представляет собой проблему для теорий образования, поскольку для достижения массы в миллионы или миллиарды раз больше солнечной должны потребоваться миллиарды лет постоянного питания.
«Это все равно, что увидеть семью, идущую по улице, и у них есть два подростка ростом шесть футов, но с ними также есть малыш ростом шесть футов», - сказал научный сотрудник Университета Мейнута Джон Рейган, который не участвовал в этом исследовании. «Это небольшая проблема: как малыш стал таким высоким? То же самое касается и сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Как они так быстро стали такими массивными?»
В настоящее время у ученых есть два основных пути, по которым черные дыры могут достичь сверхмассивного статуса в ранней Вселенной. Они могли бы начаться как маленькие зародыши черных дыр, образующиеся при коллапсе массивных звезд в конце их жизни и через миллионы или миллиарды лет, или же они могли бы вообще пропустить эту стадию.
Это могло бы произойти, если бы огромные облака холодного газа и пыли коллапсировали и немедленно образовали «зародыш тяжелой черной дыры» с массой в несколько миллионов раз больше солнечной. Таким образом, процесс ускоряется на миллионы или миллиарды лет звездной эволюции, получая преимущество в процессах питания и слияния, которые помогают семенам черных дыр вырасти в сверхмассивные черные дыры. Открытие новой древней черной дыры с массой, в несколько миллионов раз превышающей солнечную, подтверждает теорию тяжелого семени.
Тем не менее, с другой стороны, скорость, с которой черная дыра в GN-z11 аккрецирует материю, может указывать на то, что черные дыры могут быть способны питаться гораздо быстрее, чем это наблюдалось у других черных дыр, обнаруженных в ранней Вселенной. Это могло бы стать подспорьем для теорий о зародыше малых черных дыр.
Математическая формула, известная как предел Эддингтона, показывает, насколько быстро тело, например звезда, может накапливать массу, при этом излучаемое им излучение (его светимость) не отталкивает эту массу и, таким образом, не перекрывает запасы пищи.
Хотя черные дыры не излучают свет, поскольку они ограничены светоулавливающей границей, называемой горизонтом событий, их массивное гравитационное влияние действительно приводит к тому, что материал, который кружится вокруг них, сильно взбалтывается и нагревается, испуская при этом радиацию. Чем быстрее питается черная дыра, тем интенсивнее свет из этой области, называемой активным ядром галактики (АЯГ).
Таким образом, к этой области применим предел Эддингтона, и он может аналогичным образом отталкивать материал и прекращать безумное питание черной дыры.
Эта недавно обнаруженная черная дыра аккрецирует материю из своей родительской галактики со скоростью, в пять раз превышающей предел Эддингтона. Периоды так называемого «суперэддингтоновского прироста» могут возникать, но в ограниченных количествах.
Команда подсчитала, что если бы этот период ненасытного питания этой черной дыры продолжался в течение 100 миллионов лет, ей, возможно, не пришлось бы начинать жизнь как тяжелое семя черной дыры. Она могла образоваться из гораздо более легкого семени черной дыры звездной массы примерно через 250-370 миллионов лет после Большого взрыва и быстро вырасти до той массы, которую наблюдает JWST 13,4 миллиона лет назад.
В одном команда вполне уверена: интенсивное питание этой черной дыры ответственно за саму GN-z11, которая примерно в 100 раз меньше Млечного Пути и очень яркая. Но прожорливая черная дыра также, вероятно, задержит рост своей родительской галактики.
Сверхбыстрые ветры частиц, выбрасываемые вокруг питающей черной дыры, вероятно, будут выталкивать газ и пыль из сердца галактики. Холодные облака газа и пыли коллапсируют, образуя рождающиеся звезды, а это означает, что черная дыра останавливает рождение звезд, в процессе «убивая» рост этой маленькой галактики.
Команда, стоящая за этим исследованием, не только узнает больше об этой черной дыре и ее галактике, но и считает, что мощь JWST должна помочь раскрыть больше черных дыр в ранней Вселенной.
В частности, они стремятся обнаружить маленькие семена черных дыр в зачаточном состоянии космоса и положить конец дебатам вокруг преждевременного роста сверхмассивных черных дыр.
«Это новая эра: гигантский скачок в чувствительности, особенно в инфракрасном диапазоне, подобен переходу от телескопа Галилея к современному телескопу за одну ночь», - заключил Майолино. «До того, как JWST появился в сети, я думал, что, возможно, Вселенная не так интересна, если выйти за рамки того, что мы могли видеть с помощью космического телескопа Хаббл. Но это было совсем не так: Вселенная была весьма щедра на то, что оно показывает нам, и это только начало».
Space
Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках».
Подробнее читайте на kapital-rus.ru ...
