Астрономы обнаружили необъяснимо огромную черную дыру из ранней Вселенной
Необъяснимо тяжелая черная дыра, существовавшая уже вскоре после Большого взрыва, поставила астрономов в тупик. Гигантский квазар разрушил принятые теории дырообразования и осветил путь к далекой Вселенной.
Астрономы считают, что в центре каждой массивной галактики во Вселенной находится сверхмассивная черная дыра. Принято также считать, что эти дыры образовались в ранней Вселенной, когда их масса составляла всего 100–100 000 масс Солнца. Со временем благодаря поглощению окружающего вещества они превратились в самые массивные из компактных объектов во Вселенной, массы которых теперь измеряются миллиардами масс Солнца.
Так, на сегодняшний день масса самой тяжелой из известных астрономам черных дыр составляет более 10 млрд масс Солнца, а масса черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь оценивается в 4–5 млрд солнечных масс.
В сегодняшней статье в Nature ученые под руководством Сюэ-Бин У из Пекинского университета рассказали об обнаружении ими небывало массивной черной дыры массой в 12 млрд солнечных масс, которая существовала еще в ранней Вселенной, когда ее возраст составлял всего 875 млн лет, 6% от ее нынешнего возраста.
Обнаруженный квазар не только самый массивный из всех известных квазаров в ранней Вселенной, его светимость оказалась равна 429 светимостям Солнца, что в семь раз ярче самого яркого из далеких квазаров. Поскольку на путь от далеких квазаров до Земли свету требуются миллиарды лет, астрономы видят квазары, испустившие свет, когда Вселенная была совсем юной.
Ученые обнаружили объект SDSS J010013.021280225.8 в оптических и инфракрасных данных Слоановского цифрового обзора неба. Несмотря на то что никакая материя и свет не могут покинуть эти релятивистские объекты, сверхмассивные черные дыры ассоциируются с самыми яркими объектами во Вселенной — квазарами. Квазары являются мощнейшими источниками света за счет мощного энерговыделения, которое происходит при выпадении на черную дыру огромных объемов газа.
Однако ученых удивил не сам факт рекордной массы черной дыры, а ее возраст — ведь, по сути, она является ровесницей Вселенной. "Как могла получиться такая массивная черная дыра в столь короткий срок?" — вопрошают китайские ученые.
Дело в том, что современные модели квазаров предполагают, что излучение, идущее от окрестностей сверхмассивной черной дыры, препятствует выпадению на нее окружающего газа. И потому черные дыры не могут расти слишком быстро.
Именно поэтому ученым известно лишь около 40 квазаров с черными дырами массой в 1 млрд солнечных масс, которые образовались, когда Вселенной не было и миллиарда лет. «Наше открытие довольно неожиданно, поскольку представляет собой серьезный вызов теориям, описывающим рост черных дыр в ранней Вселенной», — пояснил Сюэ-Бин У. По его словам, у ученых до сих пор нет удовлетворительных теорий, описывающих рост сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. «Это требует либо особых путей роста черных дыр, либо увеличения массы исходных дыр», — поясняет он. Недавно было показано, что поскольку ранняя Вселенная была намного меньше ее нынешних размеров, то и заполнявший ее газ был намного плотнее. Этот плотный газ хуже пропускал излучение, идущее из окрестностей черных дыр при выпадении на нее вещества, и оно не могло тормозить аккрецию.
Имея под рукой самый яркий из самых далеких маяков во Вселенной, ученые могут использовать его и для изучения ее самой. Свет квазара, испущенный миллиарды лет назад, путешествуя по Вселенной, получает своеобразные отметки в зависимости от того, в какой среде он распространяется. Межгалактическая среда содержит водород, гелий и более тяжелые элементы, каждый из которых оставляет в спектре квазара свои спектральные линии.
"Этот квазар — самый яркий в ранней Вселенной. Подобно маяку, он даст нам шанс использовать его как уникальный инструмент для изучения структуры темной, далекой Вселенной", — считает китайский астроном.