До того моменту, коли Всесвіту було приблизно 500 мільйонів років, незвичайна чорна діра вже встигла накопичити величезну масу. Аналіз її еволюції дозволив астрономам зробити висновок про те, як в молодому Всесвіті утворювалися настільки масивні і при цьому стародавні об’єкти.
На цій ілюстрації поєднані рентгенівські дані орбітальної обсерваторії “Чандра” (фіолетовий) з інфрачервоними даними космічного телескопа “Джеймс Вебб” (червоний, зелений, синій). Рекордна чорна діра знаходиться в галактиці UHZ1, яка розташована за скупченням галактик Abell 2744 / © Chandra X-ray Center
Скупчення Пандори, або Abell 2744, – гігантський кластер галактик, що утворився, як припускають вчені, з одночасного злиття як мінімум чотирьох скупчень. Хоча цей об’єкт цікавий сам по собі, його особливості — не єдина причина, чому астрономи приділяють йому багато уваги.
Завдяки своїй масі скупчення діє як гравітаційна лінза, збільшуючи для нас набагато більш далекі галактики, які ми не змогли б інакше розгледіти доступними інструментами. За допомогою телескопа «Джеймс Вебб» і цього скупчення вдалося знайти 11 таких галактик, що сформувалися, коли після Великого вибуху пройшло менше мільярда років.
Міжнародна група астрономів вирішила перевірити, чи є в центрі цих об’єктів надмасивні чорні діри, які активно поглинають матерію. Такі ядра галактик називають квазарами. Від процесів, які там відбуваються, виходить сильне рентгенівське випромінювання, тому вчені скористалися космічною рентгенівською обсерваторією «Чандра».
Розташування одного яскравого джерела збіглося з галактикою UHZ1, яку гравітаційна лінза збільшила в чотири рази. Ми бачимо цю галактику з червоним зміщенням z = 10,3, тобто такою, якою вона була, коли з великого вибуху пройшло 500 мільйонів років. Судячи з кількості енергії і довжинах хвиль, в її центрі знаходиться квазар, прихований пилом і газом галактики. Але головне тут – його маса.
- Зловживання анаболіками призвело до тривалого андрогенного дефіциту
- Стійкість патогенів до антибіотиків пов’язали з нестачею вітамінів
- Перець чилі знижує смертність від раку та хвороб серця
Масу таких об’єктів вчені оцінюють по їх яскравості. Чим масивніше об’єкт, тим більше матерії він поглинає, тим яскравіше світиться ця матерія, сповільнюючись перед «падінням» в чорну діру. Але якщо випромінювання буде занадто потужним, воно «здує», як вітром, навколишню матерію, і джерело «живлення» пропаде. Переломне значення в цьому процесі називають еддінгтонівською світністю, або межею Еддінгтона.
Судячи з отриманих даних, маса чорної діри в UHZ1 як мінімум в 10 мільйонів разів більше сонячної. І приблизно така ж маса у всієї її галактики. У сучасному Всесвіті подібних об’єктів немає: зазвичай маса надмасивної чорної діри становить близько 0,1% маси її галактики. За словами авторів дослідження, настільки висока частка у UHZ1 означає, що ми “зловили” цей об’єкт на ранньому етапі еволюції.
Перший ряд – місце розташування лінзованої галактики на тлі кластера в знімках “Вебба”. Другий ряд – знімки галактики UHZ1 в ближньому інфрачервоному діапазоні інструментом NRICam “Вебба”. Третій ряд – поєднані знімки “Вебба” і обсерваторії “Чандра” / © Nature Astronomy, Akos Bogdan, et al.
Існують дві версії, як настільки масивні об’єкти могли встигнути сформуватися в молодому Всесвіті. Згідно з першою, “зародками” цих дірок стали залишки надзвичайно масивних перших зірок, які з часом набрали масу, поглинаючи матерію. Згідно з другою версією, вони формувалися відразу великими під час гравітаційного колапсу космічної газової хмари.
Спираючись на оцінку маси квазара UHZ1 і припускаючи, що чорна діра сформувалася через 200 мільйонів років після Великого вибуху, вчені розрахували її еволюцію і зробили наступний висновок. Якби діра утворилася з померлої зірки, то протягом еволюції їй довелося б поглинати матерію в два рази швидше, ніж дозволяє межа Еддінгтона. Якщо ж вона сформувалася з хмари, то їй достатньо було б підтримувати швидкість на рівні цієї межі.
Звичайно, це перший такий аналіз подібного об’єкта, тому до його висновків потрібно поставитися з часткою скепсису. Про десять галактик, що залишилися і їх рентгенівських спостереженнях вчені пообіцяли розповісти в іншій публікації. Дослідження про UHZ1 вийшло в журналі Nature Astronomy.