Предел Эддингтона существует уже сто лет. Квазар ID830 превысил его в 13 раз — и поставил под сомнение всю теорию роста чёрных дыр

В ранней Вселенной нашёлся квазар, который ведёт себя слишком нагло даже по меркам чёрных дыр. Объект под названием ID830 не просто растёт быстрее допустимого «предела скорости» для сверхмассивных чёрных дыр, но ещё и одновременно светит мощными рентгеновскими вспышками и запускает гигантские радиоструи. Теория обычно не ждёт такой пары в одном месте.

ID830 относится к квазарам, самым ярким и активным ядрам галактик. Сверхмассивная чёрная дыра в центре тянет к себе газ и пыль, раскручивает вещество в аккреционном диске и выбрасывает из полюсов струи излучения. Рентген рождается там же, где материя уже почти падает в «пасть» чёрной дыры и разгоняется до околосветовых скоростей.

Главный шок в массе и возрасте. Уже около 12 миллиардов лет назад, когда Вселенная прожила примерно 15% нынешнего возраста, ID830 имел массу около 440 миллионов Солнц. Для масштаба достаточно сравнить с Sagittarius A* в центре Млечного Пути, которая легче больше чем в сто раз.

Астрономы давно считают рост чёрных дыр саморегулируемым. Газ оседает в диске, гравитация тянет вещество внутрь, но излучение от нагретой материи давит наружу и начинает мешать дальнейшему притоку. Так появляется предел Эддингтона, условный «стоп-кран», который не даёт бесконечно ускорять питание.

Новый результат показывает, как ID830 пролезает мимо стоп-крана. Команда авторов оценила темп роста по яркости в ультрафиолете и рентгене и получила примерно 13-кратное превышение предела Эддингтона. Исследователи связывают всплеск с внезапным притоком газа, например после того, как чёрная дыра разорвала и поглотила слишком близко подошедший объект. Для столь массивной чёрной дыры «обычной» звезды может не хватить, больше подходят гигантская звезда или огромный газовый сгусток. При этом фаза сверхбыстрого питания, по оценке соавтора работы Сакрико Обути из Университета Васэда, должна быть очень короткой, порядка 300 лет. По космическим меркам почти вспышка.

Вторая загадка не менее интересная. ID830 одновременно показывает сильные радиоструи и яркий рентген, хотя сверхэддингтоновская аккреция, по популярным моделям, должна скорее подавлять такие проявления. Авторы считают сочетание намёком на физику, которую текущие сценарии запуска джетов и экстремального питания описывают неполно.

Рентгеновское излучение, по интерпретации, идёт из короны, разреженного и очень горячего облака частиц над аккреционным диском. Магнитные поля диска разгоняют частицы до экстремальных энергий, а температура короны может достигать миллиардов градусов. NASA называет подобные области одними из самых экстремальных сред во Вселенной.

История ID830 ложится в общий сюжет последних лет. Наблюдения, в том числе на космическом телескопе James Webb, всё чаще показывают слишком ранние и слишком тяжёлые сверхмассивные чёрные дыры. Классическая картина с «семенами» от первых звёзд Population III помогает, но даже тяжёлым зародышам приходится долго питаться на пределе Эддингтона, а такой марафон требует огромных запасов газа и стабильных условий.

ID830 предлагает более «нервную» схему роста. Короткие сверхмощные всплески питания могут резко наращивать массу и одновременно включать механизмы обратной связи. Потоки энергии от рентгена и джетов нагревают и разгоняют газ между звёздами, тормозят образование новых звёзд и фактически заставляют галактику платить за быстрый рост ядра собственным развитием. Авторы добавляют ещё одну интригу. По анализу ультрафиолетовой яркости квазары вроде ID830 могут встречаться чаще, чем ожидали, а доля объектов с сильными радиоджетами в ранней Вселенной могла оказаться выше принятой оценки.