Вчені виявили найстарішу чорну діру, яка швидко пожирає свою галактику

Вперше за всю історію спостережень астрономам вдалося отримати та детально вивчити спектр надзвичайно яскравої галактики GN-z11 у молодому Всесвіті. В її центрі була виявлена дуже стара надмасивна чорна діра, яка швидко пожирає свою ж галактику. Перше, що збентежило вчених — як у ранньому Всесвіті могли існувати гігантські чорні діри, адже, щоб вирости до певних розмірів, їм необхідно мільярди років. Друге — доля самої галактики.

Дослідження, яке дає абсолютно нове уявлення про наш Всесвіт, оприлюднила група міжнародних дослідників під керівництвом вчених з Кембриджського університету (Великобританія) в журналі Nature.

Як вченим вдалося виявити галактику GN-z11 та її надмасивну чорну діру

Зазначається, що усі важливі дані, на яких ґрунтується наукова праця, були зібрані космічним телескопом Джеймс Вебб (JWST). Саме за допомогою космічного телескопа вдалося побачити галактику GN-z11 такою, якою вона була лише через 400 млн років після Великого вибуху. Цей об'єкт знаходиться від нас на відстані 13,4 млрд світлових років у сузір'ї Великої Ведмедиці. Її червоне усунення z = 10,6.

Якщо точніше, то це сейфертівська галактика першого типу з вузькими лініями (NLSy1) — тип спіральних або неправильних галактик із зореподібним активним ядром, спектр випромінювання якого містить численні широкі дозволені та заборонені емісійні лінії, що вказує на потужні викиди газу зі швидкостями 300-5000 км/сек.

Як відомо, самі чорні діри не випромінюють, тому висновки про їх наявність чи відсутність вчені роблять лише за непрямими ознаками, наприклад, з випромінювання матерії, що падає в діру.

У новій роботі вчені проаналізували точніший спектр GN-z11. У ньому вони знайшли спектральні особливості, які найкраще пояснюються саме через наявність активного ядра, тобто надмасивної чорної діри, що активно поглинає матерію. 

Автори дослідження розглянули можливість, що характерне випромінювання створюється лише зірками, зокрема Вольфа — Райє. Але дійшли висновку, що навіть якщо такі зірки є у GN-z11, вони мають "сусідити" з активним ядром. 

Що відомо про чорну діру з галактики GN-z11

За оцінкою вчених, маса цієї надмасивної чорної діри — приблизно 1,6 млн сонячних мас. Для порівняння: маса діри у центрі Чумацького Шляху — близько 4,31 млн сонячних мас.

Чорній дірі, що утворилася з померлої зірки, знадобився б мільярд років, щоби вирости до таких розмірів. Тому або початковий об'єкт спочатку був великим, або він поглинав матерію набагато швидше, ніж вважають за можливе вчені.

Основне припущення, що в ранньому Всесвіті чорні діри могли утворитися безпосередньо внаслідок гравітаційного колапсу величезних згустків матерії.

"Ця чорна діра занадто масивна для такого молодого Всесвіту, тому ми зобов'язані розглянути інші сценарії її формування. Найраніші галактики були надзвичайно багаті на газ, тому вони були ідеальною "стравою" для чорних дір", — пояснив головний автор дослідження професор Роберто Майоліно (Roberto Maiolino).

Які наслідки для галактики GN-z11

Вчені стверджують, що їх висновки несуть сумні наслідки для самої галактики. GN-z11 дуже компактна, приблизно в 100 разів менше Чумацького Шляху. Настільки активне ядро, ймовірно, гальмує її розвиток, дуже швидко поглинаючи та відкидаючи вітром надто багато матерії.

У таких умовах зіркоутворення може зупинитися, і тоді галактика помре, а разом із нею "затихне" чорна діра, адже в неї зникне джерело живлення.

Як у молодому Всесвіті могли сформуватися надмасивні чорні діри 

Існує безліч гіпотез про те, як у молодому Всесвіті, впродовж одного мільярда років, могли сформуватися настільки масивні чорні дірки. Наприклад, космологи, що дотримуються циклічної моделі, припускають, що порівняно великі чорні дірки потрапили в поточний Всесвіт з його минулого циклу (реліктові чорні діри). По-друге, вивчаються різні моделі акреції матерії.

Коли науковці переконалися в існуванні чорної діри подібної неймовірної для тих часів маси, доведеться переписувати моделі та космологічні теорії еволюції цих об'єктів і самого Всесвіту. Схоже, JWST на цьому не зупиниться, що дозволить зібрати достатньо матеріалу для створення нових моделей появи та зростання чорних дір та опису процесів у ранньому Всесвіті.

Раніше ми розповідали про таємничих двійників чорних дір — білі діри. Що вченим про них відомо. 

Нагадаємо, ми писали, всередині деяких зірок приховані чорні діри, які вони поглинають в процесі свого утворення й утримують в полоні впродовж життя. 

Також ми повідомляли, що біля чорної діри в центрі Чумацького Шляху виявили зірку-прибульця.