«Джеймс Уэбб» убедился в суперэддингтоновской аккреции гравитационно линзированного квазара

Астрономы подтвердили идею о том, что гравитационно линзированный квазар J0025–0145 демонстрирует суперэддингтоновскую аккрецию вещества на сверхмассивную черную дыру. В этом им помог инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб». Даже если учесть влияние эффекта гравитационного линзирования на данные наблюдений, значение коэффициента Эддингтона для квазара остается одним из самых больших. Препринт работы доступен на arXiv.org.

Обнаружение галактик и квазаров, существовавших уже спустя несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва и при этом содержащих активные сверхмассивные черные дыры, порождает вопрос о том, каким образом эти черные дыры смогли набрать большую массу за короткое время. Теории, способные разрешить эту проблему, включают в себя зародыши разных масс, с которых стартует рост черной дыры, а также эпизоды мощной аккреции со светимостью на уровне или выше предела Эддингтона.

Группа астрономов во главе с Кэтрин Панебьянко (Katherine Panebianco) из Массачусетского технологического института сообщила об обнаружении квазара, демонстрирующего суперэддингтоновскую аккрецию вещества на черную дыру. Первоначально J0025–0145 найден космическим телескопом «Хаббл», в ходе нового исследования за ним наблюдал телескоп «Джеймс Уэбб» при помощи камеры NIRCam.

Красное смещение J0025-0145 составляет 5,07, он виден благодаря эффекту гравитационного линзирования, возникающего из-за галактики переднего плана. Ранее уже предполагалось, что для квазара характерна суперэддингоновская аккреция, однако данные «Хаббла» не обладали достаточной точностью для того, чтобы оценить влияние линзирования на свойства объекта.

Ученые уточнили параметры галактики-линзы (звездная масса 10^11,15 масс Солнца, красное смещение 3,62) и убедились в том, что существует лишь одно линзированное изображение квазара — с максимально возможным коэффициентом увеличения 3,2. Это позволило переопределить для J0025-0145 коэффициент Эддингтона (отношение болометрической светимости активного ядра к Эддингтоновской светимости). Предыдущие расчеты показывали, что он составляет около 9 (но может быть и сильно меньше с учетом эффекта гравитационного линзирования), теперь удалось дать ему нижнюю границу — оказалось, что он не может быть меньше 4,9. Это одно из самых больших значений, измеренных для квазаров с красным смещением больше пяти, что свидетельствует в пользу механизма роста черных дыр в ранней Вселенной за счет эпизодической суперэддингтоновской аккреции. Масса черной дыры в квазаре оценивается в 10^8,78-9,18 масс Солнца.

Существует и достаточно экзотическая теория возникновения массивных черных дыр в ранней Вселенной, согласно которой их рост стартует с первичной черной дыры. Недавно эта теория получила интересное наблюдательное подтверждение.