Представьте автомобиль, который едет в 40 раз быстрее максимально разрешённой скорости по законам физики по шоссе. Абсурд? Примерно так чувствуют себя астрофизики, наблюдая за чёрной дырой LID-568. Этот космический «монстр» растёт с аппетитом, который в буквальном смысле выходит за пределы Вселенной — по крайней мере, за пределы того, что мы считали возможным.
Телескопы James Webb и Chandra X-ray Observatory обнаружили в космосе объект, поглощающий материю со скоростью около шести солнечных масс в год.
Ну то есть это как если бы Солнце исчезало каждые два месяца.
Масса самой дыры — примерно 7,2 миллиона солнечных масс, и она светит так ярко, что, по расчётам, её светимость в 40 раз превышает теоретический предел Эддингтона.
Чтобы понять, как вообще черная дыра может светить и что скрывается за этими формулами - давайте разберем простыми словами.
Что такое предел Эддингтона простыми словами
Когда чёрная дыра «ест» материю, вокруг неё образуется яркий диск из раскалённого газа — аккреционный диск. Именно он, а не сама черная дыра, и испускает свет. Это хорошо показано в фильме "Интерстеллар":
Свет отталкивает падающую материю наружу, создавая противодавление. Наступает момент, когда свет и гравитация уравновешиваются. Представьте, это как если бы вы пытались подойти к сверхмощному вентилятору, который отбрасывает вас назад. Этот параметр и есть предел Эддингтона — естественный «ограничитель скорости» для роста чёрных дыр. Не может она съесть больше, просто потому что "еда" отталкиваться начинает.
По законам физики, если дыра попытается «есть» быстрее, давление света должно сдуть к ней приближающийся газ.
Да, у света тоже есть давление. Его создают частицы света - фотоны, когда сталкиваются с другими частицами (например, с электроном или атомом). Фотон передаёт ей часть своего импульса, создавая «толчок».
Но гигантская черная дыра ID-568 не подчиняется правилам — она продолжает спокойно поглощать вещество, будто законы физики (открытые человеком) на неё не распространяются.
Добавим к этому ещё один штрих: черная дыра эта появилась на довольно раннем этапе существования Вселенной. Она появилась всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.
По данным современной астрофизики, такие черные дыры не могли появиться так рано - просто не получилось бы накопить нужную массу для ее появления. Вероятнее всего, они должны появиться спустя 4 млрд лет после Большого взрыва.
Это как встретить десятилетнего ребёнка ростом под два метра — наука не успевает за фактами.
LID-568 демонстрирует, что ранняя Вселенная умела организовывать вспышки сверхкритической аккреции, благодаря которым чёрные дыры могли вырасти в миллионы раз быстрее классических моделей.
Учёные недоумевают: как чёрная дыра может расти так быстро, нарушая собственные физические «тормоза»?
Как природа обманывает физику (и почему это меняет всё)
И все-таки ученые выдвинули несколько смелых гипотез, объясняющих этот феномен. Об изучении этой черной дыры можно прочесть в недавней статье, опубликованной в научном журнале Nature.
Захват фотонов — свет, который не успел сбежать
Представьте туман, настолько плотный, что свет не может пройти сквозь него и застревает внутри.
То же самое может происходить в аккреционном диске LID-568. Фотоны не успевают вылететь наружу, их утаскивает внутрь падающий газ. Световое давление ослабевает, и дыра спокойно продолжает «есть». Этот эффект называют «ловушкой для света».
«Хитрая геометрия» — толстый диск вместо тонкого
В классической модели аккреционный диск похож на тонкий блин: излучение уходит наружу, тормозя падение материи. Но если диск становится «толще», энергия не успевает выйти наружу и уносится внутрь вместе с газом. В итоге свет давит слабее, и материя падает быстрее.
Короткие приступы обжорства
Даже сверхмассивные монстры не могут есть бесконечно. Сверхкритическая аккреция длится десятки миллионов лет, потом чёрная дыра «отдыхает». Активная фаза занимает всего 1–4% космического времени, но за эти короткие вспышки дыра набирает массу. Возможно, мы поймали LID-568 именно в момент такой редкой вспышки.
Что это меняет в науке
Десятилетиями физики ломали голову: откуда в молодой Вселенной взялись гигантские квазары (это как раз такие излучатели на базе черных дыр), если в момент их появления времени с момента Большого взрыва прошло меньше двух миллиардов лет?
Классическая теория не успевала объяснить их быстрый рост. LID-568, похоже, даёт ответ: в ранней Вселенной существовали короткие периоды сверхбыстрого роста — сверхкритические фазы, когда чёрные дыры «нарушали» лимит света, чтобы стать гигантами.
Такие обжоры нам с вами не опасны - они находятся далеко, преимущественно в ядрах галактик. А наше с вами Солнце существует на обочине.
Но само её существование напоминает: Вселенная по-прежнему играет по своим правилам, просто мы не все из них успели прочитать.