Астрономы, используя данные рентгеновской обсерватории «Чандра», обнаружили сверхмассивную чёрную дыру, которая растёт со скоростью, превышающей теоретический предел. Этот объект, обозначенный как RACS J0320-35, находится на расстоянии 12,8 миллиардов световых лет от Земли, что соответствует эпохе, когда Вселенной было всего 920 миллионов лет.
Масса чёрной дыры приблизительно равна миллиарду солнечных масс. Она является источником квазара – чрезвычайно яркого объекта, излучение которого превосходит суммарную яркость целых галактик. Энергия квазара обеспечивается огромным количеством вещества, падающего в чёрную дыру.
Анализ рентгеновских данных показал, что скорость роста чёрной дыры значительно превышает так называемый предел Эддингтона. Это максимальная скорость аккреции (поглощения вещества) чёрной дырой, при которой давление излучения, возникающего при падении вещества, уравновешивает гравитационное притяжение чёрной дыры. Превышение этого предела является необычным явлением.
Учёные предполагают, что чёрные дыры, растущие медленнее предела Эддингтона, должны образовываться с массой порядка 10 000 солнечных масс, чтобы достичь миллиарда солнечных масс в течение миллиарда лет после Большого взрыва, как это наблюдается у RACS J0320-35. Однако, если RACS J0320-35 действительно растёт со скоростью, в 2,4 раза превышающей предел Эддингтона (и делает это в течение длительного времени), то её начальная масса могла быть значительно меньше – менее 100 солнечных масс, что соответствует коллапсу массивной звезды.
Для определения скорости роста чёрной дыры (от 300 до 3000 солнечных масс в год) авторы работы сравнили теоретические модели с данными спектра, полученными с помощью «Чандры». Этот спектр показывает количество рентгеновского излучения на разных энергиях. Полученные данные хорошо согласуются с моделями, предполагающими рост чёрной дыры быстрее предела Эддингтона. Данные в оптическом и инфракрасном диапазонах также подтверждают эту интерпретацию.
«Как Вселенная создала первое поколение чёрных дыр? Это остаётся одним из самых больших вопросов в астрофизике, и этот объект помогает нам приблизиться к ответу» – делится размышлениями соавтор работы Томас Коннор, также из Центра астрофизики.
Ещё одна научная загадка, которую помогает разрешить это открытие, связана с выбросами частиц, движущихся от некоторых чёрных дыр со скоростью, близкой к скорости света, как это наблюдается у RACS J0320-35. Такие выбросы редки для квазаров, что может указывать на связь между высокой скоростью роста чёрной дыры и образованием этих джетов.