Чёрная дыра испустила удивительно мощный джет в далёкой Вселенной, согласно новому исследованию, проведённому с помощью рентгеновской обсерватории Чандра, принадлежащей NASA. Этот джет существует в достаточно ранней эпохе космоса, освещаемый остаточным свечением Большого взрыва.
Астрономы использовали Чандру и Очень большой массив Карла Дж. Янского (VLA) для изучения этой чёрной дыры и её джета в период, который они называют «космическим полуднем». Этот период наступил примерно через 3 миллиарда лет после начала Вселенной. В это время большинство галактик и сверхмассивных чёрных дыр росли быстрее, чем когда-либо в истории Вселенной.
Иллюстрация художника
На представленной выше иллюстрации художника показан материал в диске, который падает к сверхмассивной чёрной дыре. Джет вырывается из чёрной дыры в направлении верхнего правого угла, как это было обнаружено с помощью Чандры в новом исследовании.
Чёрная дыра расположена на расстоянии 11,6 миллиарда световых лет от Земли, когда космический микроволновый фон (CMB), остаточное свечение Большого взрыва, был гораздо плотнее, чем сейчас. Когда электроны в джетах улетают от чёрной дыры, они движутся через море CMB-излучения и сталкиваются с микроволновыми фотонами. Эти столкновения увеличивают энергию фотонов в рентгеновском диапазоне (фиолетовый и белый), что позволяет обнаружить их с помощью Чандры даже на таком большом расстоянии, что показано на врезке.
Результаты исследования
Исследователи идентифицировали и подтвердили существование двух разных чёрных дыр с джетами длиной более 300 000 световых лет. Эти две чёрные дыры находятся на расстоянии 11,6 миллиарда и 11,7 миллиарда световых лет от Земли соответственно.
Частицы в одном джете движутся со скоростью от 95% до 99% скорости света (объект J1405+0415), а в другом — от 92% до 98% скорости света (J1610+1811). Джет от J1610+1811 удивительно мощный, неся примерно половину энергии интенсивного света от горячего газа, вращающегося вокруг чёрной дыры.
Команда смогла обнаружить эти джеты, несмотря на их большие расстояния и малое разделение от ярких, растущих сверхмассивных чёрных дыр, известных как «квазары», благодаря острому рентгеновскому зрению Чандры и тому, что CMB был гораздо плотнее, чем сейчас, что усиливало описанный выше энергетический эффект.
Эффект теории относительности
Когда джеты квазаров приближаются к скорости света, теория относительности Эйнштейна создаёт эффект драматического усиления яркости. Джеты, направленные на Землю, кажутся намного ярче, чем те, что направлены в сторону. Та же яркость, которую наблюдают астрономы, может быть результатом совершенно разных комбинаций скорости и угла наблюдения.
Исследователи разработали новый статистический метод, который наконец-то позволил решить задачу разделения эффектов скорости и угла наблюдения. Их подход учитывает фундаментальную предвзятость: астрономы с большей вероятностью обнаруживают джеты, направленные на Землю, просто потому, что релятивистские эффекты делают их самыми яркими.
Результаты были представлены Джайей Майтхил (Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт) на 246-м заседании Американского астрономического общества в Анкоридже, штат Аляска, и опубликованы в The Astrophysical Journal.
Предоставлено NASA.