Черная дыра находится на ранней стадии роста, невиданной ранее, когда ее масса аналогична массе ее галактики-хозяина.
Этот результат может объяснить, как образовались некоторые из первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной.
Объединив данные рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" и космического телескопа имени Джеймса Уэбба, команда исследователей смогла обнаружить характерные признаки растущей черной дыры всего через 470 миллионов лет после большого взрыва.
“Нам нужны были Уэбб, чтобы найти эту удивительно далекую галактику, и Чандра, чтобы найти ее сверхмассивную черную дыру”, - сказал Акос Богдан из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA), который возглавляет новую статью в журнале Nature Astronomy, описывающую эти результаты. “Мы также воспользовались космической лупой, которая увеличила количество света, которое мы обнаружили”. Этот эффект увеличения известен как гравитационное линзирование.
Богдан и его команда обнаружили черную дыру в галактике под названием UHZ1 в направлении скопления галактик Abell 2744, расположенного в 3,5 миллиардах световых лет от Земли. Однако данные Webb показали, что галактика находится гораздо дальше скопления, на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от Земли, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего.
Затем более чем двухнедельные наблюдения с помощью Chandra показали присутствие интенсивного, перегретого газа, излучающего рентгеновские лучи, в этой галактике - фирменный знак растущей сверхмассивной черной дыры. Свет от галактики и рентгеновские лучи от газа вокруг ее сверхмассивной черной дыры усиливаются примерно в четыре раза благодаря вмешательству вещества в Abell 2744 (из-за гравитационного линзирования), что усиливает инфракрасный сигнал, обнаруженный Уэббом, и позволяет Chandra обнаружить слабый источник рентгеновского излучения.
Это открытие важно для понимания того, как некоторые сверхмассивные черные дыры могут достигать колоссальных масс вскоре после большого взрыва.
“Существуют физические ограничения на то, как быстро черные дыры могут расти после того, как они сформировались, но те, которые рождаются более массивными, имеют преимущество. Это все равно что посадить саженец, которому требуется меньше времени, чтобы вырасти в полноценное дерево, чем если бы вы начали с одного семени ”, - сказал Энди Голдинг из Принстонского университета. Гулдинг является соавтором статьи Nature Astronomy и ведущим автором новой статьи в Astrophysical Journal Letters, в которой сообщается о расстоянии и массе галактики с использованием спектра Уэбба.
Команда Богдана нашла убедительные доказательства того, что недавно открытая черная дыра родилась массивной. Ее масса, по оценкам, составляет от 10 до 100 миллионов Солнц, исходя из яркости и энергии рентгеновских лучей. Этот диапазон масс аналогичен массе всех звезд в галактике, где она находится, что резко контрастирует с черными дырами в центрах галактик соседней Вселенной, которые обычно содержат лишь около десятой доли процента массы звезд их галактики-хозяина.
Большая масса черной дыры в молодом возрасте, плюс количество производимого ею рентгеновского излучения и яркость галактики, обнаруженная Уэббом, - все это согласуется с теоретическими прогнозами, сделанными в 2017 году соавтором Приямвадой Натараджаном из Йельского университета относительно “Огромной черной дыры”, которая образовалась непосредственно в результате коллапса огромного облака газа.
“Мы думаем, что это первое обнаружение ‘Черной дыры огромных размеров" и лучшее из полученных на сегодняшний день доказательств того, что некоторые черные дыры образуются из массивных облаков газа”, - сказал Натараджан.
Исследователи планируют использовать этот и другие результаты, полученные от Webb, а также те, которые объединяют данные других телескопов, чтобы составить более масштабную картину ранней Вселенной.
Космический телескоп НАСА "Хаббл" ранее показал, что свет от далеких галактик сильно усиливается веществом в промежуточном скоплении галактик, что отчасти послужило мотивацией для описанных здесь наблюдений Уэбба и Чандры.
Источник: НАСА, Рентгеновский центр имени Чандры, Кембридж, Массачусетс
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении:
Астрономы обнаружили самую удаленную черную дыру, когда-либо обнаруженную в рентгеновских лучах (в галактике, получившей название UHZ1), с помощью космических телескопов "Чандра" и "Уэбб". Рентгеновское излучение является характерным признаком растущей сверхмассивной черной дыры. Этот результат может объяснить, как образовались некоторые из первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной. На этих снимках показано скопление галактик Abell 2744, за которым расположена UHZ1, в рентгеновских лучах от Chandra и инфракрасных данных Webb, а также крупным планом галактика-хозяин черной дыры UHZ1.
Рентгеновские: NASA / CXC / SAO / Акос Богдан
Инфракрасные: NASA/ ESA/CSA /STScI;
Обработка изображений: NASA / CXC / SAO /L. Фраттаре и К. Аркан
Дополнительные материалы
