Tajemnicza czarna dziura u zarania dziejów ważąca miliard słońc: ScienceAlert

Odkryto czarną dziurę, która czai się u progu kosmicznego świtu i jest zbyt duża, aby można ją było łatwo wyjaśnić. Czarna dziura znajduje się w centrum galaktyki zwanej J1120+0641 i ma masę ponad miliarda słońc.

Dzisiaj wokół nas są jeszcze większe czarne dziury. Problemem jest Kiedy Ponieważ jest J1120+0641. Niecałe 770 milionów lat po Wielkim Wybuchu trudno powiedzieć, skąd czarna dziura miała wystarczająco dużo czasu, aby zyskać tak dużą masę.

Wiemy o galaktyce i jej zatłoczonej czarnej dziurze od ponad dziesięciu lat, a naukowcy mają pomysły na temat tego, jak do tego doszło. Teraz można robić notatki za pomocą JWST Naukowcy odrzucili jedną z tych koncepcji. Według wszelkich relacji J1120+0641 wydaje się „szokująco normalna”, co pozostawia otwarte drzwi do bardziej egzotycznych wyjaśnień zwiększonej masy czarnej dziury.

Wykryto J1120+0641 Ogłoszony już w 2011 rokuPrzez kilka lat pozostawała najdalszą znaną galaktyką kwazarową. Właściwie to już dobrych kilka lat. O ile nam wiadomo, J1120+0641 był dziwnym obiektem i nadal rozważane jest tylko jedno możliwe wyjaśnienie jego rozmiarów.

Galaktyki kwazarowe to galaktyki zawierające centralną supermasywną czarną dziurę, która odżywia się w ogromnym tempie. Otacza go ogromna chmura gazu i pyłu, która możliwie najszybciej ją pochłania. Tarcie i grawitacja wokół czarnej dziury podgrzewają materię, dzięki czemu świeci jasno.

Jednak prędkość, z jaką czarna dziura może się odżywiać, nie jest nieograniczona. Maksymalna stała stawka jest ustalana przez Granica Eddingtonapo czym gorący materiał świeci tak intensywnie, że… Ciśnienie promieniowania przekroczy siłę grawitacjiktóry wypycha materię i nie pozostawia czarnej dziurze niczego, czym mogłaby się pożywić.

Teraz czarne dziury mogą na krótko wejść w fazę superakrecji Eddingtona, przekraczając tę ​​granicę i połykając jak najwięcej materiału, zanim zacznie działać ciśnienie promieniowania. Jest to jedno z możliwych wyjaśnień czarnej dziury w centrum J1120+. 0641 i tak jak znajdujemy je w większej liczbie, na początku wszechświata czają się inne duże czarne dziury.

Aby szukać oznak superakrecji Eddingtona, astronomowie potrzebowali danych o wystarczającej rozdzielczości, aby przeprowadzić szczegółową analizę światła galaktyki, szukając znaków związanych z ekstremalnymi procesami. Właśnie dlatego potrzebowaliśmy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, najpotężniejszego teleskopu kosmicznego, jaki kiedykolwiek zbudowano, zoptymalizowanego do obserwacji odległych zakątków przestrzeni i czasu.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwował galaktykę na początku 2023 roku, a zespół kierowany przez astronom Sarah Boseman z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Niemczech przeanalizował zebrane światło, aby skatalogować właściwości materii otaczającej czarną dziurę: masywny torus pył na galaktyce. Peryferia, świecący dysk wirujący wokół i zasilający czarną dziurę.

Analiza ta pokazuje, że czarna dziura odżywia się bardzo normalnie i nic w jej akrecji nie różni się znacząco od innych, młodszych kwazarów.

Jednym z możliwych wyjaśnień istnienia tych gigantycznych czarnych dziur jest to, że dodatkowy pył spowodował, że astronomowie przeszacowali ich masy. Jednak nie ma też śladów dodatkowego kurzu.

Oznacza to, że J1120+0641 wygląda tak: całkiem zwyczajna galaktyka kwazara z czarną dziurą, która nie pochłania materii z dużą szybkością. Czarna dziura i sposób, w jaki się odżywia, były stosunkowo dojrzałe, gdy ją obserwowaliśmy, czyli kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu.

„Ogólnie rzecz biorąc, nowe obserwacje tylko pogłębiają tajemnicę: wczesne kwazary były szokująco normalne”. – mówi Boseman„Bez względu na długość fali, na której je obserwujemy, kwazary są prawie identyczne we wszystkich epokach wszechświata”.

Oznacza to, że superakrecja Eddingtona nie jest odpowiedzią na zagadkowy wzrost supermasywnych czarnych dziur u zarania dziejów.

Innym głównym wyjaśnieniem jest to, że czarne dziury powstały na początku z bardzo dużych „nasion”. Zamiast powolnego, stopniowego procesu powstającego z czegoś wielkości gwiazdy, teoria ta sugeruje, że czarne dziury powstają w wyniku zapadania się grudek materii lub nawet bardzo masywnych gwiazd o masie setki tysięcy razy większej od masy Słońca, co nadaje ich rozmiarom głowę. początek.

W miarę jak odkrywamy coraz więcej tych gigantycznych stworzeń czających się we mgłach wczesnego wszechświata, pomysł ten wydaje się mniej dziwaczny, a bardziej przypomina najlepsze możliwe wyjaśnienie tej tajemniczej epoki w historii wszechświata.

Badanie zostało opublikowane w Astronomia naturalna.