Космические обжоры: чёрные дыры ранней Вселенной нарушали законы физики

Группа астрономов из Национального института астрофизики (INAF) раскрыла неожиданные подробности формирования сверхмассивных чёрных дыр в молодой Вселенной. Анализ данных рентгеновских телескопов XMM-Newton и Chandra показал, что эти космические гиганты набирали массу в миллиарды раз быстрее Солнца, бросая вызов современным представлениям об устройстве мироздания.

В центре внимания учёных оказались квазары - одни из самых ярких объектов во Вселенной. Квазар формируется, когда в центре галактики сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающие её газ и пыль. В процессе падения вещества в чёрную дыру выделяется колоссальное количество энергии, создающей свечение такой мощности, что оно затмевает сияние всех звёзд галактики.

Анализ данных выявил неожиданную взаимосвязь между характеристиками рентгеновского излучения и интенсивностью выброса материи из квазаров. Температура газа в короне - области вблизи чёрной дыры, служащей источником рентгеновских лучей - определяет динамику потоков вещества. При холодной короне материя устремлялась наружу с огромной скоростью, тогда как высокая температура приводила к более медленному движению газовых масс.

По словам ведущего автора исследования, Алессии Тортоса, темпы роста сверхмассивных чёрных дыр в центрах первых квазаров, сформировавшихся в течение первого миллиарда лет существования Вселенной, превышали теоретический предел Эддингтона. То есть максимальную скорость поглощения материи чёрной дырой. Интересно еще то, что все изученные объекты демонстрируют схожие характеристики рентгеновского излучения, несмотря на различия в массе и возрасте.

Наблюдения проводились в рамках проекта HYPERION под руководством Луки Заппакосты. Космический телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства потратил 700 часов на изучение квазаров в период с 2021 по 2023 год.

Заппакоста утверждает, что объекты для наблюдений отбирались очень тщательно. В основном команда концентрировалась на тех светилах, которые накопили максимально возможную массу.

Описанный сверхэддингтоновский механизм роста чёрных дыр ставит под сомнение все существующие теории их формирования и эволюции. Исследование далёких квазаров продолжится в ближайшие десятилетия. NASA и ESA планируют запуск новых рентгеновских миссий - ATHENA, AXIS и Lynx - между 2030 и 2040 годами. Эти проекты будут опираться на результаты работы команды Тортосы и программы HYPERION.