Астрономи виявили найстарішу чорну діру у Всесвіті за допомогою JWST, кинувши виклик поточним теоріям про зростання чорної діри та потенційний вплив на розвиток її головної галактики GN-z11. Дослідники виявили найстарішу чорну діру, яку коли-небудь спостерігали, що датується світанком Всесвіту, і виявили, що вона «з’їдає» свою головну галактику до смерті.
Міжнародна група під керівництвом Кембриджського університету використала космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), щоб виявити чорну діру, яка датується 400 мільйонами років після Великого вибуху, понад 13 мільярдів років тому. Результати, які, за словами провідного автора, професора Роберто Майоліно, є «гігантським кроком вперед», опубліковані сьогодні (17 січня) в журналі Nature.
Виклик існуючим теоріям
Те, що ця напрочуд масивна чорна діра — маса якої в кілька мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця — навіть існує на такому ранньому етапі розвитку Всесвіту, ставить під сумнів наші припущення про те, як утворюються та ростуть чорні діри. Астрономи вважають, що надмасивні чорні діри, знайдені в центрі таких галактик, як Чумацький Шлях, зросли до свого теперішнього розміру протягом мільярдів років. Але розмір цієї нововиявленої чорної діри свідчить про те, що вони можуть утворюватися іншими способами: вони можуть «народитися великими» або можуть поглинати речовину зі швидкістю, яка в п’ять разів перевищує можливу.
Утворення надмасивних чорних дір
Відповідно до стандартних моделей, надмасивні чорні діри утворюються із залишків мертвих зірок, які руйнуються і можуть утворити чорну діру, маса якої приблизно в сто разів перевищує масу Сонця. Якби вона зростала очікуваним чином, цій нещодавно виявленій чорній дірі знадобилося б близько мільярда років, щоб вирости до спостережуваного розміру. Однак Всесвіту ще не було мільярда років, коли ця чорна діра була виявлена.
«Побачити таку масивну чорну діру у Всесвіті ще дуже рано, тому ми повинні розглянути інші шляхи їх утворення», — сказав Майоліно з Кавендішської лабораторії Кембриджа та Інституту космології Кавлі. «Дуже ранні галактики були надзвичайно багаті газом, тому вони були б схожими на буфет для чорних дір».
Як і всі чорні діри, ця молода чорна діра поглинає матеріал із своєї галактики, щоб забезпечити своє зростання. З усім тим, виявлено, що ця стародавня чорна діра поглинає матерію набагато енергійніше, ніж її побратими в пізніші епохи.
Вплив чорної діри на її галактику
Молода головна галактика, яка називається GN-z11, світиться від такої енергетичної чорної діри в її центрі. Чорні діри не можна безпосередньо спостерігати, але натомість вони виявляються за світловим світлом закрученого акреційного диска, який утворюється біля країв чорної діри. Газ в акреційному диску стає надзвичайно гарячим і починає світитися та випромінювати енергію в ультрафіолетовому діапазоні. Завдяки цьому сильному світінню астрономи можуть виявляти чорні діри.
GN-z11 — компактна галактика, приблизно в сто разів менша за Чумацький Шлях, але чорна діра, ймовірно, шкодить її розвитку. Коли чорні діри споживають занадто багато газу, вони відштовхують газ, як надшвидкий вітер. Цей «вітер» може зупинити процес утворення зірок, повільно вбиваючи галактику, але він також вб’є саму чорну діру, оскільки він також відріже джерело «їжі» чорної діри.
Нова ера в астрономії
Майоліно каже, що гігантський стрибок вперед, зроблений JWST, робить цей період найзахоплюючим у його кар’єрі. «Це нова ера: гігантський стрибок у чутливості, особливо в інфрачервоному діапазоні, схожий на перехід від телескопа Галілея до сучасного телескопа за одну ніч», — сказав він. «До того, як Вебб з’явився в Інтернеті, я думав, що, можливо, Всесвіт не такий цікавий, якщо вийти за рамки того, що ми можемо побачити за допомогою космічного телескопа Хаббл. Але це зовсім не так: Всесвіт був досить щедрим у тому, що він показує нам, і це лише початок».
Майоліно каже, що чутливість JWST означає, що навіть більш старі чорні діри можуть бути знайдені в найближчі місяці та роки. Майоліно та його команда сподіваються використати майбутні спостереження від JWST, щоб спробувати знайти менші «насіння» чорних дір, що може допомогти їм розплутати різні способи, якими чорні діри можуть утворюватися: чи починаються вони великими, чи швидко ростуть.