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

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.