Вперше виявлено молоду галактику з трьома надмасивними чорними дірами

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вчені вперше виявили у віддаленій окремій галактиці три надмасивні чорні діри, що активно накопичують матерію.

Про відкриття розповідають в Інституті позаземної фізики Товариства ім. Макса Планка (MPE), передають OstanniPodii.com.

Міжнародна команда під керівництвом MPE виявила три активні надмасивні чорні діри в галактиці J0148-4214. Ця галактика знаходиться на відстані понад 12,5 мільярдів світлових років від Землі, що відповідає приблизно 1,2 мільярда років після Великого вибуху. Результати ґрунтуються на даних просторово-розділеної спектроскопії, отриманих за допомогою приладу JWST “Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону”.

«Це перше підтвердження наявності трьох активних чорних дір в одній галактиці у далекому Всесвіті», — зазначає Ханна Ублер, керівниця дослідницької групи в MPE та головна авторка дослідження. Дві з цих чорних дір розташовані в центрі галактики й розділені в проєкції лише 620 світловими роками. Третя знаходиться у зовнішній області галактики, на відстані приблизно 5500 світлових років від центру. «Це свідчить про те, що процеси у ранньому Всесвіті ефективно зближували масивні чорні діри, створюючи передумови для злиття масивних чорних дір, які ми сподіваємося виявити за допомогою майбутніх обсерваторій гравітаційних хвиль», — зазначає Ублер.

Емісія водню як індикатор

Дослідники ідентифікували чорні діри за їхніми спектральними відбитками: ознаками атомів водню, що рухаються з великою швидкістю у гравітаційному потенціалі чорних дір. У центральній області спектр демонструє складну структуру, яку найкраще пояснюють дві чорні діри, що знаходяться в безпосередній близькості. Щоб розрізнити ці два центральні джерела, команда застосувала спектроастрометрію — метод, що дозволяє точно вимірювати просторові зсуви ліній випромінювання по всій галактиці. Це дало змогу визначити положення чорних дір, хоча їх неможливо розрізнити в просторі як окремі точкові джерела. У зовнішній області було виявлено третю чорну діру.

Команда також розглянула альтернативні інтерпретації — зокрема, наднові, ударні хвилі, зоряні вітри або дуже масивні зорі — але відкинула їх на основі аналізу інших спектральних ознак.

Маси та зростання

Аналіз показав, що маси чорних дір становлять приблизно 80 мільйонів, 0,6 мільйона та 2 мільйони мас Сонця. Наймасивніша чорна діра накопичує матерію повільніше, ніж сусідня чорна діра масою 0,6 мільйона сонячних мас, яка навіть перевищує максимальну швидкість акреції, передбачену базовими теоріями зростання чорних дір (межа Едінгтона).

«Дані JWST дозволили нам не тільки ідентифікувати ці три чорні діри, а й оцінити їхні маси, швидкості акреції та зоряну масу галактики», — каже д-р Джованні Маццоларі з MPE, другий автор дослідження. «Ми встановили, що загальна зоряна маса становить близько 1,3 мільярда мас Сонця, і чорні діри становлять значну частину цієї маси».

Очікується, що центральна пара чорних дір зіллється протягом найближчих кількох сотень мільйонів років. «Ці результати надзвичайно захопливі», — додає Роберто Майоліно, професор Кембридзького університету та співавтор дослідження. «Вони свідчать про те, що злиття чорних дір може бути додатковим, швидким шляхом їхнього стрімкого зростання у ранньому Всесвіті».

Третя чорна діра, розташована поза ядром, може бути залишком попереднього злиття, витісненою з центру гравітаційною віддачею, або ж наразі мігрувати до центру.

Отримані результати дають нові уявлення про зростання надмасивних чорних дір та їхніх галактик. Вони підтверджують гіпотезу про те, що злиття та взаємодії відігравали важливу роль у ранньому Всесвіті, і дозволяють розглядати цю систему як потенційний попередник майбутніх злиттів чорних дір, які можна буде спостерігати за допомогою гравітаційно-хвильових детекторів, таких, як запланована до запуску у 2035 році “Лазерно-інтерферометрична гравітаційна антена” (LISA).

• телескоп Вебба
• Чорні діри