Группа астрономов, возглавляемая Хевон Су из Международной обсерватории Gemini / NSF NOIRLab, совершила значительное открытие в области изучения сверхмассивных чёрных дыр. Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), они обнаружили сверхмассивную чёрную дыру с малой массой, поглощающую материал с экстремальной скоростью, всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Этот объект, названный LID-568, может помочь понять механизмы быстрого роста чёрных дыр в ранней Вселенной.
LID-568 была обнаружена в выборке галактик из обзора рентгеновской обсерватории Chandra COSMOS. Эти галактики очень ярки в рентгеновской части спектра, но невидимы в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Уникальная инфракрасная чувствительность JWST позволила обнаружить слабые сопутствующие излучения LID-568.
Художественная иллюстрация карликовой галактики в ранней Вселенной, в центре которой находится питающаяся чёрная дыра. Источник: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / M. Zamani
«Ввиду своей слабой природы обнаружение LID-568 было бы невозможным без JWST. Использование интегрального полевого спектрографа было инновационным и необходимым для проведения наших наблюдений», — говорит Эмануэле Фарина, астроном Международной обсерватории Gemini / NSF NOIRLab и соавтор статьи.
NIRSpec от JWST позволил команде получить полный обзор цели и её окрестностей, что привело к неожиданному открытию мощных оттоков газа вокруг центральной чёрной дыры. Скорость и размер этих оттоков привели команду к выводу, что значительная часть роста массы LID-568 могла произойти в одном эпизоде ??быстрой аккреции.
«Этот результат добавил новое измерение к нашему пониманию системы и открыл захватывающие возможности для исследований», — говорит Су.
Учёные обнаружили, что LID-568, по-видимому, питается материей со скоростью, в 40 раз превышающей предел Эддингтона. Этот предел относится к максимальной светимости, которую может достичь чёрная дыра, а также к тому, насколько быстро она может поглощать материю, так что её гравитационная сила и внешнее давление, создаваемое теплом сжатой, падающей материи, остаются в равновесии.
Эти результаты дают новое понимание формирования сверхмассивных чёрных дыр из более мелких «семян» чёрных дыр. До сих пор эти теории не имели наблюдательного подтверждения.
«Открытие сверхэддингтоновской аккрецирующей чёрной дыры предполагает, что значительная часть роста массы может происходить в течение одного быстрого эпизода питания, независимо от того, возникла ли чёрная дыра из "лёгкого" или "тяжёлого" семени», — говорит Су.
Открытие LID-568 также показывает, что чёрная дыра может превзойти свой предел Эддингтона, и даёт астрономам первую возможность изучить, как это происходит. Возможно, что мощные оттоки, наблюдаемые в LID-568, могут действовать как выпускной клапан для избыточной энергии, генерируемой экстремальной аккрецией, предотвращая тем самым слишком большую нестабильность системы. Для дальнейшего изучения действующих механизмов команда планирует последующие наблюдения с помощью JWST.