Чорна діра стародавніх часів розвивається у 13 разів швидше за прогнози: порушення законів фізики?

Японські астрономи здійснили вражаюче відкриття, виявивши надмасивну чорну діру, що розвивається в ранньому Всесвіті з неймовірною швидкістю. Цей об'єкт активно випромінює потужні рентгенівські та радіохвилі, що ставить під сумнів усталені теорії та вказує на необхідність переосмислення деяких фізичних процесів, що відбувалися в молодому Всесвіті. Відкриття зробили вчені з університетів Васеда та Тохоку за допомогою телескопа Subaru.

Дослідники зафіксували далеке джерело — квазар, що є активною надмасивною чорною дірою, яка активно поглинає матерію. Цей об'єкт існував у часи, коли Всесвіту було менше ніж 1,5 мільярди років. Чорна діра знаходиться в стадії надзвичайно швидкої акреції, що супроводжується яскравим рентгенівським випромінюванням та потужним радіовипромінюючим джетом. Поєднання таких характеристик не передбачене існуючими теоретичними моделями.

Надмасивні чорні діри мають масу, що може бути в мільйони чи навіть мільярди разів більшою за масу Сонця. Вони зазвичай знаходяться в центрах галактик і ростуть, поглинаючи газ, зокрема водень і гелій, з навколишніх об'єктів. Під час цього процесу газ утворює гарячу плазму, що випромінює рентгенівські промені. Крім того, деякі чорні діри створюють джети — потоки матеріалу, які випромінюють радіохвилі. Якщо ж газ потрапляє в чорну діру занадто швидко, випромінювання починає чинити зворотний тиск на матерію, що падає, сповільнюючи її рух і призводячи до утворення межі Еддінгтона — так званого "швидкісного ліміту" акреції. Вважається, що за таких умов високе випромінювання та джети повинні слабшати або зовсім зникати.

Для вивчення цього екстремального процесу науковці використали ближньоінфрачервоний спектрограф MOIRCS на телескопі Subaru. Вони виміряли рух газу поблизу чорної діри і визначили її масу, використовуючи емісійні лінії Mg II. Рентгенівські спостереження показали, що чорна діра поглинає матерію зі швидкістю, що в 13 разів перевищує межу Еддінгтона, що робить її однією з найшвидше зростаючих чорних дір у своєму класі.

Це відкриття може наблизити науковців до розуміння того, як надмасивні чорні діри змогли так швидко сформуватися в ранньому Всесвіті. За словами провідної авторки дослідження Сакіко Обучі з університету Васеда, це дає нові можливості для дослідження формування чорних дір та їх еволюції у молодому Всесвіті.

Окрім того, вчені зафіксували потужне рентгенівське випромінювання та активний радіовипромінюючий джет, що свідчить про наявність активної корони та потужного джета. Згідно з сучасними теоріями надеддінгтонівської акреції, при таких швидкостях зростання ці явища повинні були б слабшати або навіть зникати.

Науковці зазначають, що вони мають намір з'ясувати, що саме є джерелом такої сили рентгенівського та радіовипромінювання, а також розглянути, чи могли подібні об'єкти залишатися непоміченими в оглядових даних. Існує також припущення, що квазар може знаходитися в короткочасній перехідній фазі, коли потужний приплив газу тимчасово перевищив межу Еддінгтона, а корона і джет ще не встигли згаснути. Якщо це підтвердиться, то спостереження можуть дати унікальний "знімок" процесу швидкого зростання чорних дір у ранньому Всесвіті — явища, яке надзвичайно складно зафіксувати.

Це відкриття також може допомогти пояснити швидке зростання галактик, оскільки потужні джети здатні впливати на формування зір під час активного розвитку чорних дір. Вивчення цих процесів дозволить краще зрозуміти, як великі космічні структури формувалися та розвивалися в першій половині історії Всесвіту.