С момента запуска JWST астрономы обнаруживают массивные черные дыры в центрах галактик, существовавших в первый миллиард лет после Большого взрыва. Для оценки их массы ученые анализируют спектральные линии газа, который вращается вокруг черной дыры на экстремальных скоростях: чем быстрее вращение, тем сильнее гравитация и тяжелее черная дыра. Этот метод десятилетиями работал в близкой Вселенной, но для ранних черных дыр он дает странные результаты — объекты выглядят слишком массивными по сравнению с их галактиками. Объяснить, как черная дыра могла вырасти настолько большой за столь короткое время, крайне сложно.
Вторая загадка — отсутствие рентгеновского излучения. Обычно над аккреционным диском черной дыры находится область чрезвычайно горячей плазмы — так называемая корона, которая дает интенсивное излучение в рентгеновском диапазоне. Но у многих ранних черных дыр этого излучения не видно.
Ученые под руководством Алессандро Тринки из Римской астрономической обсерватории INAF предложили объяснение обеих проблем: влияние сверхэддингтоновской аккреции. Так называется явление, когда черная дыра поглощает вещество быстрее теоретического предела, при котором ее собственное излучение должно отталкивать падающий газ. Такое агрессивное питание может подавлять рентгеновское излучение черной дыры и искажать эмиссионные линии, которые используются для оценки ее массы.
Астрономы построили модель, сочетающую физику сверхэддингтоновского питания с детальным спектром аккреционного диска, и проанализировали 14 черных дыр, не испускающих рентгеновского излучения. Оказалось, что каждый объект можно объяснить двумя способами: либо это гигантская, но практически спящая черная дыра, которая питается крайне медленно, либо относительно небольшой объект, поглощающий вещество с экстремальной скоростью.
Статистический анализ показал, что во всех 14 случаях данные гораздо лучше согласуются именно со вторым вариантом — небольшие, но быстро растущие черные дыры. Сценарий с огромными, но вялыми объектами авторы считают менее правдоподобным физически.
Модель пока не учитывает возможное наличие плотных облаков газа, которые тоже могли бы поглощать рентгеновское излучение, поэтому альтернативные версии полностью пока что не не исключаются Однако будущие мультидиапазонные наблюдения и более точные спектры помогут надежнее оценить массы и темпы аккреции этих ранних объектов.
Если выводы подтвердятся, они решат одно из главных противоречий в современной космологии: это будет значить, что черные дыры в молодой Вселенной не обязаны быть столь чудовищно массивными — им достаточно очень быстро расти, маскируясь под гигантов в наших измерениях.
Ранее черная дыра рядом с нами открыла ученым окно в раннюю Вселенную.
Источник: hi-tech.mail.ru