Стало известно, как чёрная дыра смогла достичь гигантских размеров

В глубинах ранней Вселенной астрономы обнаружили объект, который выбивается из всех привычных сценариев эволюции чёрных дыр. Речь идёт о квазаре, сочетающем признаки, которые ранее считались несовместимыми. Его центральная чёрная дыра растёт с экстремальной скоростью и при этом остаётся необычно яркой сразу в нескольких диапазонах излучения. Об этом сообщает международная исследовательская группа под руководством учёных из Японии.

Квазар, нарушающий правила

Обнаруженный объект относится к числу квазаров — самых активных и ярких ядер галактик. В их центре находятся сверхмассивные чёрные дыры, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца.

Обычно такие объекты растут, поглощая окружающий газ: вокруг них формируется аккреционный диск, возникает горячая плазменная корона, излучающая рентгеновские лучи, а в некоторых случаях — релятивистские струи вещества, или джеты, заметные в радиодиапазоне.

Особенность найденного квазара в том, что он демонстрирует все эти признаки одновременно и в крайне выраженной форме. Он активно поглощает вещество, ярко светится в рентгеновском диапазоне и при этом обладает мощным радиоджетом. Подобные активные процессы в ядрах галактик уже фиксировались в исследованиях ранних структур, включая эволюцию галактик во Вселенной, но столь экстремальное сочетание параметров наблюдается впервые.

Сверхэддингтоновский рост

Одной из ключевых загадок астрофизики остаётся вопрос, как некоторые чёрные дыры сумели достичь гигантских масс уже в первые миллиарды лет после Большого взрыва. Для объяснения этого феномена был предложен сценарий сверхэддингтоновской аккреции.

Согласно классической теории, существует предел Эддингтона — скорость поглощения вещества, при которой давление излучения уравновешивает приток газа. Превышение этого предела считается нестабильным.

Однако в особых условиях чёрная дыра может временно поглощать вещество быстрее этого ограничения. В случае нового квазара измерения показали, что около 12 миллиардов лет назад его скорость аккреции достигала примерно 13 пределов Эддингтона, что указывает на исключительно быстрый набор массы.

Наблюдения и измерения

Исследователи из университетов Васэда и Тохоку изучили объект с помощью спектрографа MOIRCS. Анализ движения газа вблизи квазара и измерение массы чёрной дыры по линии излучения Mg II позволили восстановить параметры системы. Полученные данные подтвердили, что речь идёт об одной из самых быстрорастущих сверхмассивных чёрных дыр, известных для этого этапа истории Вселенной.

При этом поведение объекта противоречит ожиданиям. Теории предсказывают, что во время сверхэддингтоновских фаз структура аккреционного потока должна меняться, ослабляя рентгеновское излучение и подавляя джеты. В данном случае наблюдается обратное — и корона, и струя остаются яркими и активными, как это бывает лишь в редкие ранние этапы эволюции Вселенной.

Краткий миг эволюции

Авторы работы предполагают, что астрономам удалось зафиксировать квазар в редкой переходной фазе. Вероятно, система пережила резкий приток большого объёма газа, который запустил всплеск аккреции. В таком состоянии чёрная дыра может быстро наращивать массу, сохраняя при этом активные джеты и рентгеновское излучение. Со временем эта фаза завершится, и квазар перейдёт в более стабильное состояние.

Подобные объекты важны для понимания того, как формировались самые массивные чёрные дыры во Вселенной. Они показывают, что эволюция этих систем может быть сложнее и разнообразнее, чем предполагают существующие модели.