|
Как квазары, вопреки законам физики, растут
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, приводятся новые данные, свидетельствующие о том, что сверхмассивные черные дыры, масса которых в несколько миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, сформировались так быстро менее чем за миллиард лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
В ходе исследования, проведенного учеными Национального института астрофизики (INAF), была проанализирована выборка из 21 квазара, одного из самых удаленных из когда-либо обнаруженных, наблюдаемых в рентгеновском диапазоне с помощью космических телескопов XMM-Newton и Chandra.
|
|
|
|
Полученные результаты свидетельствуют о том, что сверхмассивные черные дыры в центре этих гигантских квазаров, впервые образовавшиеся во время космического рассвета, возможно, достигли своей необычайной массы в результате очень быстрой и интенсивной аккреции, что дает правдоподобное объяснение их существованию на ранних стадиях развития Вселенной.
|
|
|
|
Квазары - это активные галактики, которые питаются энергией от центральных сверхмассивных черных дыр (известных как активные ядра галактик), которые выделяют огромное количество энергии, поскольку притягивают материю. Они чрезвычайно яркие и находятся на большом расстоянии от нас. В частности, квазары, рассмотренные в этом исследовании, являются одними из самых удаленных объектов, когда-либо наблюдавшихся, и относятся к тому времени, когда Вселенной было менее миллиарда лет.
|
|
|
|
|
|
|
В этой работе анализ рентгеновского излучения этих объектов выявил совершенно неожиданное поведение сверхмассивных черных дыр в их центрах: обнаружилась связь между формой рентгеновского излучения и скоростью ветра вещества, выбрасываемого квазарами.
|
|
|
|
Эта зависимость связывает скорость ветра, которая может достигать тысяч километров в секунду, с температурой газа в короне - области, которая испускает рентгеновские лучи ближе всего к черной дыре. Таким образом, оказалось, что корона связана с мощными аккреционными механизмами самой черной дыры.
|
|
|
|
Квазары с низкоэнергетическим рентгеновским излучением и, следовательно, с более низкой температурой в короне демонстрируют более быстрые ветры. Это указывает на очень быструю фазу роста, которая превышает физический предел накопления вещества, называемый "пределом Эддингтона", и именно поэтому эта фаза называется "Суперэддингтонской". И наоборот, квазары с рентгеновским излучением более высокой энергии, как правило, демонстрируют более медленные ветры.
|
|
|
|
"Наша работа предполагает, что сверхмассивные черные дыры в центре первых квазаров, образовавшиеся в течение первого миллиарда лет существования Вселенной, возможно, на самом деле очень быстро увеличивали свою массу, бросая вызов ограничениям физики", - говорит Алессия Тортоса, ведущий автор исследования и научный сотрудник INAF в Риме.
|
|
|
|
"Открытие этой связи между рентгеновским излучением и ветрами имеет решающее значение для понимания того, как такие большие черные дыры могли образоваться за столь короткое время, что дает конкретный ключ к разгадке одной из величайших загадок современной астрофизики".
|
|
|
|
Результат был достигнут в основном за счет анализа данных, собранных с помощью космического телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства (ЕКА), что позволило провести около 700 часов наблюдений квазаров.
|
|
|
|
Большая часть данных, собранных в период с 2021 по 2023 год в рамках многолетней программы XMM-Newton Heritage под руководством Луки Заппакосты, исследователя из INAF в Риме, является частью проекта HYPERION, целью которого является изучение сверхсветящихся квазаров во время космического рассвета Вселенной. Обширная наблюдательная кампания проводилась под руководством группы итальянских ученых.
|
|
|
|
"В программе HYPERION мы сосредоточились на двух ключевых факторах: с одной стороны, на тщательном отборе квазаров для наблюдения, выбирая титаны, то есть те, которые накопили как можно больше массы, и, с другой стороны, на углубленном изучении их свойств в рентгеновских лучах, что-то вроде никогда раньше не предпринимались попытки исследовать такое большое количество объектов из эпохи зарождения космоса", - говорит Лука Заппакоста, исследователь из INAF в Риме.
|
|
|
|
"Мы сорвали джекпот! Результаты, которые мы получаем, действительно неожиданны, и все они указывают на суперэддингтоновский механизм роста черных дыр".
|
|
|
|
Это исследование дает важную информацию для будущих рентгеновских миссий, таких как ATHENA (ЕКА), AXIS и Lynx (НАСА), запуск которых запланирован на период с 2030 по 2040 год.
|
|
|
|
Полученные результаты будут полезны для совершенствования инструментов наблюдений следующего поколения и определения более эффективных стратегий исследования черных дыр и активных ядер галактик в рентгеновских лучах в более отдаленные космические эпохи. Это ключевые элементы для понимания формирования первых галактических структур в изначальной Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
