Хаббл нашел «недостающее звено» в происхождении сверхмассивных черных дыр
Астрономы пытаются понять появление сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Речь идет о моменте, когда эти объекты открылись далеко-далеко и растянулись на 750 миллионов лет назад после мощного взрыва. Понимание того, как формировались и росли сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной, стало серьезной проблемой. Теория и компьютерное моделирование предсказывают быстрый рост галактических черных дыр на основе первых пылевых частиц, но на деле этого не наблюдалось. Недавно астрономы обнаружили уникальный объект в ранней далекой Вселенной в архивных данных космического телескопа НАСА «Хаббл» и других космических обсерваторий. Считается, что он является недостающим звеном между звездообразующими галактиками и появлением квазаров.
Содержание статьи:
Квазары образовались очень рано во Вселенной и по яркости превосходят тысячи галактик. Они излучают титаническую энергию в виде лучей света размером в миллионы километров. Однако их размер соответствует небольшому числу соседних солнечных систем (нашей).
В 1963 году голландский астроном Маартен Шмидт определил и измерил расстояние до Квасара. С помощью большого телескопа было замечено около 130 000 квазаров. Это позволяет предположить, что в его центре находится черная дыра, состоящая из сверхмассивной трубы, представляющей собой почти все Солнце от миллионов до миллиардов масс. Материя вблизи черной дыры вращается вокруг нее с большой скоростью, образуя аккреционный диск. Этот вихревой диск из материи и газа выделяет большое количество тепла из-за трения. Часть этого тепла ускоряется к горизонту черной дыры, которая его захватывает. Поскольку из черной дыры ничего не излучается, за излучение света отвечает проблема диска. Именно из его ядра квазар черпает свою энергию и силу.
Считается, что квазар, питаемый материей, упал в очень мягкую черную дыру. Они образовались в самом начале истории Вселенной, всего через 700-800 миллионов лет после Большого взрыва. Ученые считают, что они образовались из вышележащих черных дыр в пыльных галактиках. Классы галактик и их внешний вид были определены на ранних стадиях. Однако до сих пор нет прямых доказательств, связывающих эти два явления.
Для этого открытия были использованы архивные фотографии «Хаббла». На них астрономы показали один конкретный объект под названием GNZ7Q. Считается, что это первая быстро растущая черная дыра, обнаруженная в ранней Вселенной, и поэтому она является «недостающим звеном» в ее происхождении. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Сверхмассивная черная дыра на виду у всех
Чтобы найти доказательства недостающего звена, исследователи проанализировали архивные данные пустого космического телескопа Хаббл, известные как Северное поле Хаббла в созвездии Большой Медведицы. Это поле было тщательно изучено Хабблом и другими телескопами.
Читайте также: Хаббл впервые доказал существование одинокой черной дыры, измерив ее массу
Около 100 миллионов одиночных черных дыр дрейфуют среди звезд Млечного Пути. Однако ни одна одиночная черная дыра не была обнаружена без бинарной..
Команда заметила объект под названием GNZ7Q. Судя по всему, речь идет о черной дыре. Черные дыры только начинают доминировать во многих галактиках в процессе превращения в квазары. Дополнительные архивные данные, включая данные телескопа Субару в инфракрасном диапазоне длин волн, еще дальше, чем Хаббл, позволили астрономам отличить черные дыры от принимающих их галактик. Исследования компактного ультрафиолетового излучения от аккреционного диска черной дыры помогли определить, что GNZ7Q появилась только через 750 миллионов лет после большого взрыва.
Габриэль Браммер, астроном из Института Нильса Болла Копенгагенского университета и соавтор исследования, сказал в своем заявлении, что обнаружение GNZ7Q в относительно небольшой исследовательской области в северной части сырьевой базы говорит о том, что это. Скорее, это случайность, и распространенность таких источников на самом деле гораздо выше, чем ожидалось».
Другими словами, возможно, они случайно пропустили черную дыру, которая находится на стадии формирования и ожидает своего открытия; GNZ7Q также может помочь ученым решить еще более важную проблему: как найти черную дыру во Вселенной. Речь идет о поиске происхождения ультрамассивных черных дыр.
Недостающее звено, ключ к происхождению сверхмассивных черных дыр
Как упоминалось выше, ученые считают, что сверхмассивные черные дыры зарождаются в пылевых ядрах звездообразующих галактик. Звездообразующие галактики формируются очень быстро. Затем черная дыра поглощает всю пыль и газ из этих галактик. Очевидно, что она получает много тепла и в конце концов превращается в очень яркий квазар или сверхмассивную черную дыру. Все эти стадии дают очень специфический, согласно моделированию, спектр излучения. Таким образом, мы приходим к выводу, что она принадлежит к очень старой галактике.
Фуджимото, астроном из Института Нильса Болла при Копенгагенском университете и ведущий автор статьи, объясняет — галактика расположена рядом с самой старой черной дырой во Вселенной, самым известным сверхмассивным объектом во Вселенной. Свойства объекта в электромагнитном спектре находятся в полном согласии с предсказаниями теоретического моделирования.
Галактика, в которой находится GNZ7Q, образует звезды со скоростью 1600 солнечных масс в год, а сама GNZ7Q кажется яркой в ультрафиолетовом диапазоне, но очень слабой в рентгеновском диапазоне. Кроме того, красноватый цвет обзора Goods-North является результатом покраснения света квазара, вероятно, из-за сгорания пыли. Команда интерпретировала это как предположение, что GNZ7Q действительно является домом для быстро растущей черной дыры. В частности, эти результаты позволяют предположить, что ядро аккреционного диска, из которого исходит рентгеновское излучение, все еще скрыто. Внешняя часть аккреционного диска, откуда исходит ультрафиолетовое излучение, очевидна». Он добавляет: «GNZ7Q устанавливает прямую связь между этими двумя редкими популяциями и дает новый способ понять быстрый рост переизлучающих черных дыр в ранней Вселенной».
Исследование неба с помощью телескопа Джеймса Уэбба
Обнаружение GNZ7Q, скрытого от бдительного ока, стало возможным только благодаря уникальному и подробному набору многоволновых данных, доступных в северной части территории. Без такого большого количества данных GNZ7Q было бы легко не заметить, поскольку в начальном пространстве нет никаких выдающихся особенностей, обычно используемых для идентификации квазаров. Теперь команда хочет систематически искать такие объекты с помощью специального обзора высокого разрешения и будет использовать преимущества спектроскопических инструментов космического телескопа имени Джеймса Веббы для беспрецедентного исследования объектов типа GNZ7Q.
Фуджимото заключает, что. «Полное описание этих объектов, их эволюции и более детальное изучение их физики станет возможным благодаря космическому телескопу Джеймса Вебба». После начала нормальной работы «Вебб» сможет определить истинную частоту быстро растущих черных дыр. «
В заключение следует отметить, что эти данные вместе с вводом телескопа в эксплуатацию позволяют «Джеймсу Уэббу» лучше понять, как формировался и эволюционировал Млечный Путь и его сверхмассивные черные дыры.
