Международная группа астрономов обнаружила убедительные доказательства того, что структура материи, окружающей сверхмассивные черные дыры, менялась на протяжении космического времени.
Если это правда, то исследование, проведенное Национальной обсерваторией Афин и опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, поставит под сомнение фундаментальный закон, существующий уже почти пять десятилетий.
Как квазары генерируют интенсивный свет
Квазары, впервые обнаруженные в 1960-х годах, являются одними из самых ярких объектов во Вселенной. Их движущей силой являются сверхмассивные черные дыры, материя, притягиваемая сильной гравитацией, спирально смещается внутрь, образуя вращающуюся дискообразную структуру, которая в конечном итоге падает в черную дыру.
Этот диск чрезвычайно горячий из-за трения между частицами материи, вращающимися вокруг чёрной дыры. Он излучает в 100-1000 раз больше света, чем целая галактика, содержащая 100 миллиардов звёзд, создавая свечение, которое затмевает саму галактику и всё, что в ней находится. Это огромное количество ультрафиолетового света можно наблюдать в телескопы, что позволяет астрономам находить квазары на краю Вселенной.
Считается также, что ультрафиолетовое излучение диска служит источником гораздо более мощного рентгеновского излучения, производимого квазарами: ультрафиолетовые лучи, распространяясь в космосе, перехватывают облака высокоэнергетических частиц очень близко к черной дыре, структуру, также известную как «корона».
Отражаясь от этих энергичных частиц, ультрафиолетовые лучи приобретают дополнительную энергию и генерируют интенсивное рентгеновское излучение, которое также могут обнаружить наши детекторы.
Изменение взаимосвязи между выбросами
Из-за общей истории рентгеновское и ультрафиолетовое излучение квазаров тесно взаимосвязаны — более яркое ультрафиолетовое излучение обычно означает более высокую интенсивность рентгеновского излучения. Эта корреляция, обнаруженная почти 50 лет назад, дает фундаментальное представление о геометрии и физических условиях вещества вблизи сверхмассивных черных дыр и на протяжении десятилетий является предметом интенсивных исследований.
Новейшее исследование вносит новый поворот в предыдущие работы, ставя под сомнение универсальность корреляции — фундаментальное предположение, подразумевающее, что структура материи вокруг черных дыр одинакова во всей Вселенной.
Это показывает, что когда Вселенная была моложе — примерно вдвое моложе своего нынешнего возраста — корреляция между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением квазаров значительно отличалась от той, которая наблюдается в ближайшей Вселенной. Открытие предполагает, что физические процессы, связывающие аккреционный диск и корону вокруг сверхмассивных черных дыр, могли измениться за последние 6,5 миллиардов лет космической истории.
«Подтверждение неуниверсальной связи между рентгеновским и ультрафиолетовым излучением и космическим временем весьма удивительно и ставит под сомнение наше понимание того, как растут и излучают сверхмассивные черные дыры», — сказал доктор Антонис Георгкакис, один из авторов исследования.
«Мы проверили результат, используя разные подходы, но, похоже, он сохраняется».
