«Уэбб» нашел в ранней Вселенной сотни сверхмассивных черных дыр: что с ними не так

Чтобы понять, почему это важно, нужно сначала разобраться в методе измерения. Когда черная дыра активно поглощает вещество, вокруг нее вращается раскаленный газ. По скорости этого вращения — а она видна в спектре излучения как смещение линий — астрономы высчитывают массу дыры. Чем быстрее крутится газ, тем сильнее гравитация, тем тяжелее объект в центре. Этот метод работает надежно для «близких» к нам галактик.

Но для объектов из первого миллиарда лет существования Вселенной метод дает странные результаты. Черные дыры там выходят слишком тяжелыми — такими, которые просто не успели бы так вырасти за столь короткий по космическим меркам срок. Помимо этого, многие из этих объектов молчат в рентгеновском диапазоне. Обычно над аккреционным диском черной дыры — так называют диск из газа и пыли, который закручивается вокруг нее по спирали и постепенно падает внутрь — висит корона: слой сверхгорячей плазмы, который как раз и светится в рентгене. Ее отсутствие само по себе требует объяснения.

Команда под руководством Алессандро Тринки из Астрономической обсерватории INAF в Риме построила модель, которая решает обе проблемы сразу. Ключевое понятие здесь — сверхэддингтоновская аккреция. Предел Эддингтона — это теоретический порог, при котором собственное излучение черной дыры становится настолько сильным, что начинает отталкивать падающий газ и тормозит дальнейший рост. Если черная дыра все равно поглощает вещество быстрее этого порога, говорят, что она аккрецирует в сверхэддингтоновском режиме.

Именно такой режим, по версии авторов, меняет физику аккреционного диска настолько, что рентгеновская корона либо не возникает, либо подавляется — отсюда и рентгеновское молчание. Одновременно этот же режим искажает спектральные линии газа так, что стандартный метод оценки массы начинает «видеть» объект тяжелее, чем он есть на самом деле.

Авторы применили свою модель к 14 ранее изученным черным дырам, у которых наблюдалось это рентгеновское молчание. Для каждого объекта модель находила два совершенно разных решения. Первое: черная дыра огромная, но почти неактивная — она так мало поглощает вещества, что почти не светится ни в каком диапазоне. Второе: черная дыра относительно небольшая, но поглощает газ с бешеной скоростью, превышающей предел Эддингтона. Когда авторы оценили статистическую вероятность каждого сценария, почти все 14 объектов уверенно выбрали второй вариант — маленькая и быстрая, а не большая и дремлющая.

Сами авторы отмечают, что их модель пока не учитывает еще один возможный фактор: плотные облака газа, которые тоже способны поглощать рентгеновское излучение и маскировать активность черной дыры. Это значит, что у рентгеновского молчания может быть несколько причин сразу, и будущие наблюдения в разных диапазонах длин волн помогут разделить их.

Если результаты подтвердятся новыми данными, это снимет одно из главных противоречий в нынешней картине эволюции ранней Вселенной. Быстро растущие маленькие черные дыры — куда более естественная история, чем загадочные монстры, выросшие непонятно откуда за каких-то несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Иллюстрация Pixabay