Изображение взято из так называемого Южного Глубокого Поля Чандры. Центральная область изображения содержит самую высокую концентрацию сверхмассивных черных дыр из когда-либо виденных, что эквивалентно примерно 5000 объектов, которые могут поместиться в области полной Луны и около миллиарда объектов по всему небу.
«С помощью этой удивительной фотографии мы можем исследовать самые первые дни появления черных дыр во Вселенной и увидеть, как они меняются за миллиарды лет», — сказал Ниль Брандт, профессор астрономии и астрофизики им. Верна М. Уилламана и профессор физики.
Пенн Стейт, возглавлявший группу астрономов, изучающих глубокое изображение.Около 70 процентов объектов на новом изображении — это сверхмассивные черные дыры, масса которых может составлять от 100 000 до 10 миллиардов масс Солнца.
Газ, падающий в эти черные дыры, становится намного горячее по мере приближения к горизонту событий или точке невозврата, производя яркое рентгеновское излучение.«Обнаружить черные дыры в ранней Вселенной может быть очень сложно, потому что они находятся так далеко и производят излучение только в том случае, если активно втягивают материю», — сказал член команды Бинь Луо, профессор астрономии и космических наук Нанкинского университета. . «Но, глядя на Чандру достаточно долго, мы можем найти и изучить большое количество растущих черных дыр, некоторые из которых появляются вскоре после Большого взрыва».
Новое сверхглубокое рентгеновское изображение позволяет ученым исследовать идеи о том, как сверхмассивные черные дыры выросли через один-два миллиарда лет после Большого взрыва. Используя эти данные, исследователи показали, что эти черные дыры в ранней Вселенной растут в основном всплесками, а не за счет медленного накопления вещества.
Исследователи также обнаружили намеки на то, что семена сверхмассивных черных дыр могут быть «тяжелыми» с массой от 10 000 до 100 000 раз больше массы Солнца, чем легкие семена, масса которых примерно в 100 раз больше массы Солнца. Это решает важную загадку астрофизики о том, как эти объекты могут расти так быстро, чтобы достичь массы, примерно в миллиард раз превышающей массу Солнца в ранней Вселенной.
Они также обнаружили рентгеновские лучи от массивных галактик на расстояниях до 12,5 миллиардов световых лет от Земли. Большая часть рентгеновского излучения самых далеких галактик, вероятно, исходит от больших скоплений черных дыр звездной массы внутри галактик.
Эти черные дыры образуются в результате коллапса массивных звезд и обычно весят от нескольких до нескольких десятков масс Солнца.«Обнаруживая рентгеновские лучи от таких далеких галактик, мы узнаем больше о формировании и эволюции черных дыр звездной массы и сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной», — сказал член команды Фабио Вито, научный сотрудник по астрономии и астрофизике Пенсильванского университета. . «Мы смотрим назад в те времена, когда черные дыры находились в критических фазах роста, подобно голодным младенцам и подросткам».Чтобы выполнить это исследование, команда объединила рентгеновские данные Чандры с данными очень глубокого космического телескопа Хаббла на одном и том же участке неба.
Они изучили рентгеновское излучение более 2000 галактик, идентифицированных Хабблом, которые расположены на расстоянии примерно от 12 до 13 миллиардов световых лет от Земли.Потребуются дальнейшие работы с использованием Чандры и будущих рентгеновских обсерваторий, чтобы дать определенное решение загадки того, как сверхмассивные черные дыры могут быстро достигать больших масс.
Более крупная выборка далеких галактик будет получена в результате наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, что расширит изучение рентгеновского излучения черных дыр на еще большие расстояния от Земли.Исследователи представили свои результаты сегодня (5 января) на 229-м заседании Американского астрономического общества в Грейпвайн, штат Техас. Статья о росте черных дыр в ранней Вселенной, возглавляемая Фабио Вито, была опубликована 10 августа 2016 года в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. Обзорная статья, подготовленная Бинь Луо, недавно была принята к публикации в серии приложений к астрофизическому журналу.
Центр космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, руководит программой Chandra для Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. Смитсоновская астрофизическая обсерватория в Кембридже, штат Массачусетс, контролирует научные исследования и полеты Чандры.
Пенн-Стейт и Массачусетский технологический институт под руководством Гордона Гармира и Эвана Пью, заслуженного профессора астрономии штата Пенсильвания, разработали прибор ACIS для НАСА.