Найдена чёрная дыра, пожирающая материю со скоростью, превышающей теоретический предел в 40 раз

Самая прожорливая чёрная дыра из всех, что мы когда-либо видели, находится в центре галактики под названием LID-568. Мы видим её такой, какой она была всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Чёрная дыра, похоже, поглощает вещество с потрясающей скоростью, более чем в 40 раз превышающей теоретический максимум, известный как предел Эддингтона.

Это открытие может помочь нам разгадать одну из величайших тайн ранней Вселенной: как сверхмассивные чёрные дыры становятся такими невероятно массивными за столь короткий промежуток времени после Большого взрыва.

«У этой чёрной дыры пир, — говорит астроном Джулия Шарвехтер из обсерватории Джемини и лаборатории NOIRLab NSF. — Этот экстремальный случай показывает, что механизм быстрого питания выше предела Эддингтона является одним из возможных объяснений того, почему мы находим такие тяжёлые чёрные дыры так рано во Вселенной».

Предел Эддингтона — это естественное следствие процесса питания чёрных дыр. Когда чёрная дыра активно аккрецирует большое количество материала, этот материал не падает прямо в гравитационный колодец, а сначала закручивается, как вода в водостоке, и только материал на внутреннем краю диска пересекает горизонт чёрной дыры.

Невероятное количество трения и гравитации нагревает этот диск материала до чрезвычайно высоких температур, заставляя его ярко светиться. При этом свет может оказывать давление на материю.

Одиночный фотон мало что может сделать, а вот сияние активного аккреционного диска сверхмассивной чёрной дыры — совсем другое дело. В определённый момент внешнее давление излучения сравнивается с внутренним гравитационным притяжением чёрной дыры, что не позволит материалу приближаться к чёрной дыре. Это и есть предел Эддингтона.

Преодолеть эддингтоновский предел аккреции возможно. Это называется суперэддингтоновской аккрецией, во время которой чёрная дыра начинает поглощать материю как не в себя, и это продолжается некоторое время, прежде чем давление излучения возьмёт верх. Это один из способов, с помощью которого, по мнению астрономов, сверхмассивные чёрные дыры на заре времён могли достичь слишком большой по текущим представлениям массы.

Под руководством астронома Хайвона Сух из обсерватории Gemini и лаборатории NOIRLab NSF группа исследователей использовала «Уэбб» для наблюдений за россыпью галактик, обнаруженных рентгеновской обсерваторией Chandra, которые были яркими в рентгеновских лучах, но тусклыми в других длинах волн.

Когда они добрались до LID-568, у них возникли проблемы с определением расстояния до неё. Галактика была очень тусклой, и её было очень трудно разглядеть, но с помощью интегрального полевого спектрографа на приборе NIRSpec команда точно определила её положение.

С нашей точки зрения объект тусклый, но его удалённость означает, что его собственная яркость должна быть невероятно большой. Детальные наблюдения выявили мощные потоки, исходящие из сверхмассивной чёрной дыры – явный признак происходящей аккреции.

Кропотливый анализ данных показал, что эта чёрная дыра сравнительно невелика по сравнению со сверхмассивными чёрными дырами: её масса всего в 7,2 миллиона раз больше массы Солнца. И количество света, производимого материалом вокруг диска, было намного, намного больше, чем должна производить чёрная дыра такой массы. Это говорит о скорости аккреции, примерно в 40 раз превышающей предел Эддингтона.

При такой скорости период суперэддингтоновской аккреции должен быть очень коротким, а это значит, что Сух и её команде очень повезло застать её в действии. И мы ожидаем, что LID-568 станет популярным объектом наблюдений для учёных, изучающих чёрные дыры, и позволит нам получить редкий взгляд на суперэддингтоновские процессы.