Вчені знайшли нові докази, що ставлять під сумнів фізичні закони формування чорних дір

Астрономи встановили, що співвідношення між ультрафіолетовим і рентгенівським випромінюванням квазарів змінювалося з часом. Відкриття, опубліковане в журналі Month­ly Notices of the Roy­al Astro­nom­i­cal Soci­ety, ставить під сумнів припущення про сталість структури речовини навколо надмасивних чорних дір протягом історії Всесвіту.

Квазари, відкриті у 1960‑х роках, випромінюють у сотні чи тисячі разів більше світла, ніж ціла галактика. Їхнє випромінювання виникає від матерії, що падає на надмасивну чорну діру, утворюючи гарячий акреційний диск. Ультрафіолетове світло цього диска взаємодіє з плазмою навколо чорної діри, створюючи «корону», яка генерує рентгенівське випромінювання. Довгий час вважалося, що зв’язок між ультрафіолетом і рентгеном є незмінним.

Міжнародна команда під керівництвом Національної обсерваторії Афін з’ясувала, що у молодому Всесвіті, приблизно 6,5 мільярда років тому, цей зв’язок був іншим. Це свідчить про зміну фізичних процесів, які пов’язують акреційний диск і корону. «Підтвердження того, що співвідношення X‑ray/UV не є універсальним, стало несподіванкою і ставить під сумнів наше розуміння того, як ростуть і випромінюють надмасивні чорні діри», — зазначив астрофізик Антоніс Георгакакіс.

Художнє зображення речовини, що закручується всередину під дією сильної гравітації центральної надмасивної чорної діри, утворюючи «акреційний диск». Тертя нагріває падаючу речовину до високих температур, виробляючи інтенсивне ультрафіолетове світло. Воно переробляється гарячою плазмою (речовиною з надзвичайно високою температурою), яка, як вважається, існує дуже близько до чорної діри — «короною» — для вироблення енергійного рентгенівського світла. Джерело: Дімітріос Саккас (tomak­ti), Антоніс Георгакакіс, Анхель Руїс, Марія Чіра (NOA)

Для аналізу використали дані рентгенівського телескопа eROSI­TA та архівні спостереження XMM-New­ton Європейського космічного агентства. Це дозволило дослідити велику вибірку квазарів і виявити статистичні відмінності між далекими та сучасними об’єктами. «Головний прорив — у методиці», пояснила провідна авторка Марія Хіра. «Ми поєднали дані eROSI­TA в баєсівську модель, щоб виявити навіть слабкі закономірності».

Реальне зображення eROSI­TA області рентгенівського неба, центром якої є один із квазарів, використаних у новому дослідженні. Джерело: Анхель Руїс (NOA) на основі карт, створених Джеремі Сандерсом (MPE)

Відкриття має серйозні наслідки, адже стабільне співвідношення між ультрафіолетом і рентгеном використовували як «космічну лінійку» для вимірювання геометрії Всесвіту та дослідження темної енергії. Якщо цей зв’язок змінюється з часом, метод потребує перегляду. Подальші дослідження з повним набором даних eROSI­TA допоможуть визначити, чи еволюція квазарів є реальним фізичним ефектом. У разі підтвердження результати докорінно змінять уявлення про надмасивні чорні діри та їхній вплив на розвиток галактик і Всесвіту.