Астрофизики разгадывают образование аномально больших квазаров в ранней Вселенной
Национальный Института Астрофизики (Италия) опубликовал новое исследование в журнале Astronomy & Astrophysics , где объясняют как сверхмассивные черные дыры, смогли сформироваться менее чем за миллиард лет после Большого взрыва.
Результаты показывают, что сверхмассивные черные дыры в центре квазаров, впервые образовавшиеся на заре космоса, могли достичь своих необычайных масс в результате очень быстрой и интенсивной аккреции, что дает правдоподобное объяснение их существования на ранних стадиях развития Вселенной.
Квазары — это активные ядра галактик, в которых сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск, а часть — отбрасывая с большой скоростью.
Анализ рентгеновских излучений 21 квазара позволил выявить связь между скоростью выбросов газа (ветров) и температурой короны — области рядом с черной дырой, излучающей рентгеновские лучи. Чем ниже температура короны, тем быстрее ветер, что указывает на интенсивную фазу аккреции, нарушающую пределы физики.
Аккреция — это процесс, при котором материя, находящаяся вблизи черной дыры, притягивается и накапливается в аккреционном диске — вращающемся облаке газа, пыли и других веществ. Этот диск постепенно теряет энергию из-за трения между слоями, и вещество падает на черную дыру.
При низкой температуре короны рентгеновского излучения, которое обеспечивает давление, это давление ослабевает и его оказывается недостаточно, чтобы сдерживать поглощение материи.
В результате материя падает на черную дыру быстрее, чем позволяет предел Эддингтона (важное физическое ограничение для роста черной дыры). Так образуется «супер-Эддингтонский» аккреционный механизм: интенсивно выбрасывая газы (ветры), которые вылетают из аккреционного диска на скоростях до нескольких тысяч километров в секунду. Парадокс в том, что теоретически, давление излучения должно полностью остановить аккрецию при превышении предела Эддингтона, но в реальности это не происходит и черная дыра продолжает поглощать огромное количество материи и при этом остается стабильной.
«Открытие этой связи между рентгеновским излучением и ветрами имеет решающее значение для понимания того, как такие большие черные дыры могли образоваться за такое короткое время, тем самым давая конкретный ключ к разгадке одной из величайших загадок современной астрофизики», — говорит Алессия Тортоса, ведущий автор исследования.
Данные для работы были собраны с помощью телескопов XMM-Newton и Chandra в рамках программы HYPERION, которая сосредоточилась на изучении самых массивных квазаров, существовавших в эпоху «космического рассвета». Более 700 часов наблюдений позволили создать уникальную базу данных, помогающую понять эволюцию первых галактических структур во Вселенной.
