Астрономы, опираясь на данные, полученные с рентгеновской обсерватории «Чандра», зафиксировали сверхмассивную чёрную дыру, демонстрирующую рост, который выходит за рамки теоретических ограничений. Этот объект, имеющий обозначение RACS J0320-35, расположен на удалении 12,8 миллиардов световых лет от нашей планеты и существует во времени, когда Вселенной было всего 920 миллионов лет. Масса чёрной дыры приблизительно составляет миллиард солнечных масс. Она является источником квазара – крайне яркого объекта, чьё излучение превосходит суммарную светимость целых галактик. Энергия квазара обеспечивается значительным количеством вещества, аккрецирующего на чёрную дыру.
Рентгеновские наблюдения выявили, что скорость роста чёрной дыры оказалась значительно выше установленного предела Эддингтона. Этот предел определяет максимальную скорость, с которой чёрная дыра может поглощать вещество, поскольку давление, создаваемое излучением при аккреции, уравновешивает гравитационное притяжение. Такое превышение является аномальным.
По мнению исследователей, чёрные дыры, набирающие массу медленнее предела Эддингтона, вероятно, формируются с массой около 10 000 солнечных масс. Это необходимо для достижения миллиарда солнечных масс в течение миллиарда лет после Большого взрыва, как показано на примере RACS J0320-35. Однако, если RACS J0320-35 действительно растёт со скоростью, превышающей предел Эддингтона в 2,4 раза, и продолжает это делать в течение продолжительного периода, её изначальная масса могла быть существенно ниже – менее 100 солнечных масс, что соответствует коллапсу массивной звезды.
Чтобы оценить скорость увеличения массы чёрной дыры (в диапазоне от 300 до 3000 масс Солнца в год), исследователи сопоставили теоретические расчеты с данными спектра, зафиксированными телескопом «Чандра». Этот спектр отражает интенсивность рентгеновского излучения на различных уровнях энергии. Результаты оказались согласованы с моделями, которые указывают на более быстрый рост чёрной дыры по сравнению с пределом Эддингтона. Подтверждением этой интерпретации служат также данные, полученные в оптическом и инфракрасном диапазонах.
«Каким образом Вселенная породила первые чёрные дыры? Этот вопрос остаётся одним из ключевых в астрофизике, и данное явление помогает нам сделать шаг к его решению», – отмечает соавтор исследования Томас Коннор, сотрудник Центра астрофизики.
Новое открытие помогает пролить свет на ещё одну научную тайну, а именно на выбросы частиц, которые исходят от определённых чёрных дыр и движутся со скоростью, сопоставимой со скоростью света, как было зафиксировано у объекта RACS J0320-35. Подобные выбросы встречаются нечасто у квазаров, что позволяет предположить, что между интенсивным ростом чёрной дыры и формированием этих струй существует взаимосвязь.