Подобно медведю, наевшемуся перед зимней спячкой, или долгожданному сну после рождественского ужина, эта черная дыра «переела» до такой степени, что дремлет в своей галактике-хозяине. Международная группа астрономов под руководством Кембриджского университета с помощью космического телескопа NASA/ESA/CSA James Webb обнаружила эту черную дыру в ранней Вселенной через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Черная дыра огромна — в 400 миллионов раз больше массы нашего Солнца, что делает ее одной из самых массивных черных дыр, обнаруженных «Уэббом» на данном этапе развития Вселенной. Черная дыра настолько огромна, что составляет примерно 40% от общей массы галактики, в которой она находится: для сравнения, большинство черных дыр в локальной Вселенной составляют примерно 0,1% от массы галактики-хозяина.
Однако, несмотря на свои гигантские размеры, эта черная дыра потребляет газ, необходимый ей для роста, с очень низкой скоростью — примерно в 100 раз медленнее теоретического максимального предела, — что делает ее спящей. Такая сверхмассивная черная дыра, находящаяся на столь раннем этапе развития Вселенной, но при этом не растущая, ставит под сомнение существующие модели развития черных дыр. Однако исследователи утверждают, что наиболее вероятным сценарием является то, что черные дыры проходят через короткие периоды сверхбыстрого роста, за которыми следуют длительные периоды покоя. О результатах исследования сообщается в журнале Nature.
Когда черные дыры «дремлют», они светятся гораздо слабее, поэтому их сложнее обнаружить даже с помощью высокочувствительных телескопов, таких как Webb. Черные дыры нельзя наблюдать напрямую, вместо этого их обнаруживают по характерному свечению закрученного аккреционного диска, который образуется у краев черной дыры. Газ в аккреционном диске становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать энергию в ультрафиолетовом диапазоне.
«Несмотря на то что эта черная дыра находится в спящем состоянии, огромные размеры позволили нам обнаружить ее», — говорит ведущий автор исследования Игнас Юоджбалис из Кембриджского института космологии. «Спящее состояние позволило нам узнать и о массе галактики-хозяина. Ранняя Вселенная успела породить несколько абсолютных монстров даже в относительно крошечных галактиках».
Согласно стандартным моделям, черные дыры образуются из распавшихся остатков мертвых звезд и накапливают материю до предсказанного предела, известного как предел Эддингтона, когда давление излучения на материю преодолевает гравитационное притяжение черной дыры. Однако огромные размеры этого объекта говорят о том, что стандартные модели не могут объяснить, как формируются и растут эти монстры.
«Возможно, черные дыры рождаются большими, что может объяснить, почему Уэбб обнаружил их в ранней Вселенной», — предлоположил соавтор исследования профессор Роберто Майолино. «Но возможен и другой вариант: они проходят через периоды гиперактивности, за которыми следуют длительные периоды покоя».
Совместно с коллегами из Италии кембриджские исследователи провели ряд компьютерных симуляций, чтобы смоделировать, как спящая черная дыра могла вырасти до таких огромных размеров в самом начале существования Вселенной. Они пришли к выводу, что наиболее вероятный сценарий заключается в том, что черные дыры могут превышать предел Эддингтона в течение коротких периодов, когда они растут очень быстро, а затем наступают длительные периоды бездействия: черные дыры, подобные этой, скорее всего, едят в течение 5-10 миллионов лет, а спят около 100 миллионов лет.
Поскольку периоды покоя намного длиннее периодов сверхбыстрого роста, именно в это время астрономы с наибольшей вероятностью обнаружат эти объекты. «Вполне вероятно, что подавляющее большинство черных дыр находится в спящем состоянии. Я удивлен, что мы нашли эту дыру, но меня радует мысль о том, что мы можем найти еще не одну», — сказал Майолино.
