Новое исследование, опубликованное в Природа Астрономия описывает самый яркий объект, когда-либо наблюдавшийся астрономами. Это черная дыра с массой в 17 миллиардов Солнц, поглощающая каждый день большее количество массы, чем Солнце.

О ней было известно уже несколько десятилетий, но, поскольку она настолько яркая, астрономы предположили, что это, должно быть, близкая звезда. Лишь недавние наблюдения выявили его чрезвычайную удаленность и яркость.

Объект получил название J0529-4351. Это название просто относится к его координатам на небесной сфере — способу проецирования объектов в небе на внутреннюю часть сферы. Это тип объекта, называемый квазаром.

Физическая природа квазаров изначально была неизвестна. Но в 1963 году видимый свет квазара 3C 273 был разделен на все длины волн (известные как спектр). Это показало, что она находилась на расстоянии почти 2 миллиардов световых лет от Земли.

Учитывая, насколько яркой кажется нам 3C 273 и насколько далеко она находится, она должна быть чрезвычайно яркой — астрономический термин, обозначающий количество света, излучаемого объектом в единицу времени. Единственным известным источником энергии для такой экстремальной яркости было падение материала в сверхмассивную черную дыру. Таким образом, квазары являются наиболее активно растущими черными дырами во Вселенной.

Источник питания

Сверхмассивные черные дыры часто располагаются в центрах галактик. Как и все квазары, J0529-4351 питается материалом, в основном перегретым водородом и газообразным гелием, падающим в черную дыру из окружающей галактики.

Каждый день в эту черную дыру падает примерно одна масса Солнца. Как именно такое количество газа можно направить в центр галактик для увеличения массы черных дыр, остается вопросом астрофизики без ответа.

В центре галактики газ принимает форму тонкого диска. Свойства вязкости (сопротивление течению вещества в пространстве) и трения в тонком диске помогают нагреть газ до десятков тысяч градусов Цельсия. Он достаточно горячий, чтобы светиться в ультрафиолетовом и видимом диапазоне волн. Это то свечение, которое мы можем наблюдать с Земли.

J0529-4351 с массой около 17 миллиардов Солнц не является самой массивной из известных черных дыр. Один объект в центре скопления галактик Abell 1201 эквивалентен 30 миллиардам Солнц. Однако нам нужно иметь в виду, что из-за того, что свету требуется время, чтобы преодолеть огромное расстояние между этим объектом и Землей, мы наблюдаем это, когда Вселенной было всего 1,5 миллиарда лет. Сейчас ему около 13,7 миллиардов лет.

Таким образом, эта черная дыра, должно быть, росла или аккрецировала с такой скоростью на протяжении значительной части возраста Вселенной к моменту ее наблюдения. Авторы полагают, что аккреция газа черной дырой происходит близко к пределу, установленному законами физики. Более быстрая аккреция приводит к образованию более яркого газового диска вокруг черной дыры, что, в свою очередь, может остановить попадание большего количества материала.

История открытия

О J0529-4351 известно уже несколько десятилетий, но, несмотря на наличие аккреционного газового диска в 15 000 раз большего, чем наша Солнечная система, и занимающего собственную галактику, которая, вероятно, близка по размерам к Млечному Пути, она находится так далеко, что В наши телескопы выглядит как одна точка света.

Это означает, что ее трудно отличить от миллиардов звезд в нашей галактике. Чтобы обнаружить, что это на самом деле далекая, мощная и сверхмассивная черная дыра, потребовались более сложные методы. Во-первых, астрономы собрали свет из середины инфракрасного диапазона волн (свет с гораздо более длинными длинами волн, чем те, которые мы видим).

Звезды и квазары выглядят совершенно по-разному на этих длинах волн. Чтобы подтвердить это наблюдение, был получен спектр (так же, как и у квазара 3C 273) с использованием 2,3-метрового телескопа Австралийского национального университета в обсерватории Сайдинг-Спринг в Новом Южном Уэльсе.

И, как и в случае с 3C 273, спектр показал как природу объекта, так и то, насколько далеко он находился — 12 миллиардов световых лет. Это подчеркнуло, насколько экстремальной должна быть его яркость.

Подробные проверки

Несмотря на эти измерения, необходимо было провести ряд проверок, чтобы подтвердить истинную светимость квазара. Во-первых, астрономам нужно было убедиться, что свет не был усилен источником в небе, находящимся ближе к Земле. Подобно линзам, используемым в очках или биноклях, галактики могут действовать как линзы. Они настолько плотные, что могут преломлять и увеличивать свет более удаленных источников, идеально расположенных позади них.

Данные со спутника Gaia Европейского космического агентства, который имеет чрезвычайно точные измерения положения J0529-4351, были использованы для определения того, что J0529-4351 действительно является единственным нелинзовым источником света в небе. Это подтверждается более подробными спектрами, полученными с помощью Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории в Чили.

J0529-4351, вероятно, станет очень важным инструментом для будущего изучения квазаров и роста черных дыр. Масса черных дыр является фундаментальным свойством, но ее очень трудно измерить напрямую, поскольку не существует стандартного набора весов для таких абсурдно больших и загадочных объектов.

Один из методов заключается в измерении эффекта, который черная дыра оказывает на более диффузный газ, вращающийся вокруг нее в больших облаках, который называется «областью широкой линии». Этот газ проявляется в спектре через широкие «линии излучения», которые вызваны перепрыгиванием электронов между определенными энергетическими уровнями в ионизированном газе.

Ширина этих линий напрямую связана с массой черной дыры, но калибровка этой зависимости очень плохо проверена для наиболее ярких объектов, таких как J0529-4351. Однако, поскольку J0529-4351 физически большой и яркий, его можно будет наблюдать с помощью нового инструмента, установленного на VLT, под названием Gravity+.

Этот инструмент позволит напрямую измерить массу черной дыры и откалибровать зависимости, используемые для оценки масс других объектов высокой светимости.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.