Астрономы обнаружили в ранней Вселенной редкий квазар, нарушающий все правила. Его центральная черная дыра пожирает материю с такой скоростью, что существующие теории не могут это объяснить. Мы наблюдаем нечто, чего по науке быть не должно.
Что такое квазар и почему у черных дыр есть предел скорости
Квазар - это сверхяркое ядро далекой галактики, где сверхмассивная черная дыра активно поглощает окружающую материю. Представьте гигантскую воронку, затягивающую газ, пыль и даже целые звезды. Падающая материя разгоняется и разогревается до миллионов градусов, излучая энергию во всем спектре - от радиоволн до рентгеновских лучей.
Но у этого процесса есть фундаментальное ограничение, известное как предел Эддингтона. Когда черная дыра поглощает вещество, оно излучает свет. Этот свет давит на окружающую материю, как ветер отталкивает парус. Если дыра «ест» слишком быстро, давление излучения становится настолько сильным, что просто сдувает приближающееся вещество прочь.
Это естественный «предел скорости» роста. Черная дыра не может расти быстрее определенного темпа - физика не позволяет. Или мы так думали до недавнего времени.
Открытие, которое не вписывается в теорию
Наблюдения показывают, что черная дыра в недавно обнаруженном квазаре поглощает материю гораздо быстрее, чем должно быть по теории. Конкретно - примерно в 13 раз быстрее обычного «предела скорости». Это не небольшое отклонение, это радикальное нарушение того, что мы считали незыблемым правилом.
Квазар находится в ранней Вселенной - мы видим его таким, каким он был миллиарды лет назад, когда космосу было меньше трети его нынешнего возраста. В ту эпоху черные дыры формировались и росли особенно активно, но даже для тех времен такой темп роста - аномалия.
Астрономы использовали данные нескольких обсерваторий, включая рентгеновские телескопы и радиоинтерферометры. Все инструменты указывали на одно - этот объект ведет себя неправильно.
Двойная загадка - радиоструя и рентген
Похоже, что его центральная черная дыра растет с поразительной скоростью, и при этом демонстрирует еще одну странность. Объект одновременно испускает яркий рентгеновский свет и мощную радиострую - два джета из заряженных частиц, вырывающихся из полюсов черной дыры почти со скоростью света.
Согласно многим моделям, такого сочетания быть не должно. Вот почему: когда черная дыра активно поглощает материю (что дает мощное рентгеновское излучение), окружающий ее диск из вещества становится толстым и турбулентным. В таких условиях формирование устойчивых радиоструй считается маловероятным - слишком много хаоса, слишком сложно сфокусировать магнитные поля.
И наоборот - черные дыры с мощными радиоджетами обычно «питаются» умеренно. У них тонкий, упорядоченный аккреционный диск, позволяющий магнитным полям выстроиться и запустить струи. Но наш квазар нарушает эту логику - он одновременно обжора и радиопередатчик.
Что видят инструменты
Рентгеновские наблюдения показывают температуру падающего вещества в десятки миллионов градусов. Это признак интенсивного поглощения. Радиотелескопы фиксируют компактные, яркие джеты протяженностью в сотни тысяч световых лет. Спектральный анализ подтверждает - мы видим активный, «голодный» квазар с нетипичной конфигурацией.
Обычно астрономы делят квазары на «радиогромкие» (с джетами, но спокойные) и «радиотихие» (активно поглощающие, но без мощных струй). Этот объект не вписывается ни в одну категорию.
Нестабильный рост - ключ к разгадке?
Это наводит на мысль, что ученые, возможно, наблюдают за черной дырой во время короткого нестабильного периода роста. Иными словами - мы поймали ее в момент «приступа обжорства», который длится недолго по космическим меркам, но выглядит впечатляюще.
Такие периоды могут возникать, когда к черной дыре поступает внезапный массивный приток материи - например, после слияния галактик или разрушения большого газового облака. В этот момент обычные правила временно нарушаются:
- Давление излучения не успевает остановить поток вещества
- Аккреционный диск становится нестабильным и пульсирует
- Магнитные поля усиливаются и запускают джеты
- Вся система работает в экстремальном режиме
Если гипотеза верна, то через «всего» несколько десятков тысяч лет (мгновение для космоса) квазар успокоится и вернется к нормальному темпу роста. Но застать этот момент невероятно сложно - это как увидеть молнию в конкретной точке неба.
Что это меняет в наших представлениях
Открытие ставит под сомнение несколько устоявшихся представлений:
- Предел Эддингтона не абсолютен. В определенных условиях черные дыры могут расти значительно быстрее расчетного максимума. Возможно, в ранней Вселенной такие «взрывы роста» были обычным делом.
- Радиоструи могут существовать при интенсивной аккреции. Связь между режимом питания и наличием джетов сложнее, чем мы думали. Магнитные поля могут организовываться даже в хаотичных дисках.
Ранние черные дыры росли иначе. Мы знаем, что уже через миллиард лет после Большого взрыва существовали черные дыры с массой в миллиарды солнц. Стандартный рост не объясняет, как они успели набрать такую массу. Периоды сверхбыстрого поглощения - возможное решение загадки.
Что дальше
Астрономы планируют продолжить наблюдения за этим квазаром с помощью новейших инструментов. Особенно интересны данные телескопа «Джеймс Уэбб», который может разглядеть структуру окружения черной дыры в инфракрасном диапазоне. Это позволит понять, откуда берется избыточная материя.
Также важно найти другие подобные объекты. Если это действительно короткая фаза, то таких квазаров должно быть немного - но они должны существовать. Обнаружение даже нескольких аналогов превратит аномалию в новый класс объектов.
Теоретики уже строят модели сверхкритической аккреции - режима, когда черная дыра временно преодолевает барьер Эддингтона. Некоторые расчеты показывают, что при определенной геометрии потока вещества это возможно. Но дьявол, как всегда, в деталях.