Сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет от миллионов до миллиардов солнечных масс, располагаются в центрах большинства галактик. Они растут, притягивая окружающий газ, который закручивается вокруг них, образуя аккреционный диск. Самые яркие центры галактик, в которых находятся активно питающиеся черные дыры, называются квазарами. Однако долгое время ученые не могли ответить на фундаментальный вопрос: как некоторые сверхмассивные черные дыры стали такими огромными настолько быстро?
Согласно стандартной теории, излучение падающего вещества отталкивает газ и устанавливает верхний предел стабильного роста — так называемый предел Эддингтона. Однако в особых условиях черные дыры могут временно превышать этот предел, что позволяет им быстро набирать массу.
С помощью инфракрасного спектрографа телескопа Субару, международная команда ученых под руководством специалистов из Университета Васэда и Университета Тохоку измерила движение газа вблизи квазара и оценили массу черной дыры. Объект существовал примерно 12 миллиардов лет назад, и его скорость аккреции, определенная по рентгеновским наблюдениям, достигает около 13 эддингтоновских пределов.
Но по-настоящему удивительным оказалось другое. Расчеты показывают, что во время сверхэддингтоновских фаз должна меняться внутренняя структура потока, что должно снижать интенсивность рентгеновского излучения, а джеты — струи вещества, которые испускает черная дыра — должны быть менее заметными. Однако этот квазар ярко светится и в рентгеновском, и в радиодиапазоне, демонстрируя одновременно и экстремальный рост, и активную корону, и мощный джет.
Ученые предполагают, что объект пойман в короткоживущей переходной стадии — например, после внезапного всплеска притока газа. Резкий рост аккреции мог перевести систему в сверхэддингтоновское состояние, при этом яркая рентгеновская корона и сильный джет оставались одновременно активными в течение ограниченного времени.
Мощное радиоизлучение квазара указывает на джет, достаточно энергичный, чтобы влиять на окружающую среду. Такие джеты могут выбрасывать энергию в родительскую галактику, потенциально регулируя звездообразование.
«Это открытие помогает нам понять, как в ранней Вселенной настолько быстро сформировались сверхмассивные черные дыры, — говорит ведущий автор Сакико Обути. — Мы хотим выяснить, что питает необычно сильное рентгеновское и радиоизлучение, и не скрываются ли в обзорах телескопов другие подобные объекты».
Ранее удивительная черная дыра проснулась после 100 миллионов лет молчания.