Чёрная дыра нарушила законы физики — растёт в 13 раз быстрее предела, но не угасает, а сияет ярче

Японские астрономы обнаружили в ранней Вселенной сверхмассивную чёрную дыру, которая растёт с почти нереалистичной скоростью и при этом одновременно излучает мощные рентгеновские и радиоволны. Открытие сделали исследователи из университетов Васэда и Тохоку. Наблюдения показали объект, который не вписывается в привычные представления о том, как должны вести себя такие структуры в молодой космической среде, и ставит под сомнение многие устоявшиеся теоретические модели.

Астрономы зафиксировали далёкий квазар при помощи телескопа Subaru. Речь идёт об активно питающейся сверхмассивной чёрной дыре, существовавшей в эпоху, когда возраст Вселенной был меньше 1,5 миллиарда лет. Уже на этом этапе космической истории объект демонстрировал крайне интенсивное поглощение вещества, что само по себе выглядит необычно для столь раннего времени формирования галактик.

Особенность находки заключается в сочетании процессов, которые, согласно большинству моделей, плохо уживаются друг с другом. Чёрная дыра одновременно находится в фазе экстремально быстрого притока газа, ярко светится в рентгеновском диапазоне и испускает мощное радиоволновое излучение, связанное с релятивистским джетом. Обычно считается, что при столь агрессивном росте такие источники энергии должны ослабевать, но здесь наблюдается обратная картина.

В центрах большинства галактик располагаются сверхмассивные чёрные дыры, масса которых может превышать солнечную в миллионы и даже миллиарды раз. Они увеличиваются за счёт втягивания окружающего газа, в основном водорода и гелия. По мере падения вещества формируется аккреционный диск, а рядом с ним возникает область горячей плазмы, называемая короной, которая и становится источником рентгеновского излучения. У части объектов дополнительно формируются узкие струи выбросов материи, излучающие в радиодиапазоне.

О Когда поток вещества становится слишком плотным, излучение, возникающее при его падении, начинает буквально отталкивать следующие порции газа. В результате приток замедляется. Этот механизм известен как предел Эддингтона и по сути работает как естественный ограничитель скорости роста. В редких случаях возможен режим сверхэддингтоновской аккреции, при котором масса нарастает быстрее обычного, но даже в таких сценариях модели предполагают ослабление рентгеновской короны и угасание джетов.

Чтобы понять, происходит ли подобный экстремальный рост в ранней Вселенной, команда использовала ближний инфракрасный спектрограф MOIRCS на телескопе Subaru. Учёные измерили движение газа вблизи объекта и оценили его массу по спектральной линии Mg II, которая применяется для таких расчётов в наблюдениях квазаров. Дополнительные данные в рентгеновском диапазоне показали, что поглощение вещества идёт примерно в 13 раз быстрее предела Эддингтона, что делает этот объект одним из самых быстрорастущих чёрных дыр среди известных на сопоставимых масштабах массы.

При этом наблюдения выявили яркое рентгеновское излучение и сильный радиосигнал, указывающие на активную корону и мощный джет. Такая комбинация выглядит особенно странно, поскольку современные теоретические модели сверхэддингтоновского режима предполагают, что именно эти элементы должны ослабевать первыми. Здесь же они сохраняются на фоне экстремального притока газа.

Исследователи считают, что квазар может находиться в кратковременном переходном состоянии. Быстрый приток вещества мог на короткий период вытолкнуть систему за предел Эддингтона, при этом корона и струя выброса ещё не успели угаснуть. Если эта интерпретация подтвердится, астрономы получат редкий «снимок» изменчивого роста чёрной дыры в ранней Вселенной, который крайне сложно зафиксировать наблюдательно из-за его краткости.

Такие объекты могут помочь понять, как сверхмассивные чёрные дыры успели так быстро сформироваться в молодой космической среде. Кроме того, мощные джеты способны влиять на эволюцию галактик, изменяя условия звездообразования вокруг себя. Это связывает быстрый рост чёрных дыр с ускоренным развитием самих галактических структур и даёт дополнительный ключ к пониманию ранних этапов истории Вселенной.