“Вебб” виявив найвіддаленішу активну надмасивну чорну діру

Дослідники виявили найвіддаленішу з відомих на сьогодні активну надмасивну чорну діру за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Галактика CEERS 1019 існувала приблизно через 570 мільйонів років після Великого вибуху, і її чорна діра менш масивна, ніж будь-яка інша, виявлена в ранньому Всесвіті.

Про це розповідають в Техаському університеті в Остіні (UT Austin), передають OstanniPodii.com.

Крім чорної діри в CEERS 1019, дослідники виявили ще дві чорні діри меншого розміру, що існували через 1 мільярд і 1,1 мільярда років після Великого вибуху. JWST також виявив одинадцять галактик, що існували, коли вік Всесвіту становив 470-675 мільйонів років.

Ці дані були отримані в рамках програми JWST "Наукове дослідження космічної еволюції на ранніх стадіях" (CEERS). Програма об′єднує високодетальні зображення "Вебба" у ближньому та середньому інфрачервоному діапазонах та дані, відомі як спектри, всі з яких було використано для здійснення цих відкриттів.

"Погляд на цей далекий об′єкт за допомогою телескопа багато в чому схожий на вивчення даних про чорні діри, які існують у галактиках, розташованих неподалік від нашої власної", - каже Ребекка Ларсон, нещодавня аспірантка UT Austin, яка очолювала дослідження. "Тут так багато спектральних ліній, які необхідно проаналізувати!"

Команда опублікувала ці результати у кількох статтях у спеціальному випуску журналу The Astrophysical Journal Letters.

Надмасивна чорна діра галактики CEERS 1019

Галактика CEERS 1019 примітна не лише тим, як давно вона існує, а й тим, як мало важить її чорна діра. Її маса становить близько 9 мільйонів сонячних мас, що набагато менше, ніж в інших чорних дір, які також існували в ранньому Всесвіті та були виявлені іншими телескопами. Ці бегемоти зазвичай містять масу, що перевищує масу Сонця більш ніж в 1 мільярд разів, та їх легше виявити, оскільки вони набагато яскравіші. Чорна діра в CEERS 1019 більше схожа на чорну діру в центрі нашої галактики Чумацький Шлях, маса якої в 4,6 мільйона разів більша за масу Сонця.

Попри менші розміри, ця чорна діра існувала настільки раніше, що наразі важко пояснити, як вона утворилася так скоро після виникнення Всесвіту. Дослідники давно знали, що чорні діри меншого розміру повинні були існувати раніше у Всесвіті, але тільки після початку спостережень JWST вони змогли зробити остаточні висновки.

Команда не тільки змогла визначити, які випромінювання в спектрі належать чорній дірі, а які -- її галактиці-господареві, а й визначити, скільки газу поглинає чорна діра, а також визначити швидкість зореутворення в її галактиці.

Команда виявила, що ця галактика поглинає стільки газу, скільки може, і при цьому народжує нові зорі. Вони звернулися до знімків, щоб з′ясувати, чому це може бути так. Візуально CEERS 1019 має вигляд трьох яскравих згустків, а не як єдиний круглий диск.

"Ми не звикли бачити так багато структури на знімках на таких відстанях", - сказав член команди CEERS Джейхан Карталтепе, доцент астрономії з Рочестерського технологічного інституту в Нью-Йорку. "Злиття галактик може бути частково відповідальним за підживлення активності чорної діри цієї галактики, що також може призвести до збільшення зореутворення".

Це тільки перші революційні висновки, зроблені під час огляду CEERS. "Досі дослідження об′єктів у ранньому Всесвіті були переважно теоретичними", - каже Фінкельштейн. "За допомогою "Вебба" ми не тільки можемо бачити чорні діри та галактики на величезних відстанях, а й приступити до їх точного вимірювання. У цьому полягає величезна сила цього телескопа".

У майбутньому, можливо, дані JWST будуть використані для пояснення того, як формувалися ранні чорні діри, що дасть змогу переглянути моделі дослідників про те, як чорні діри зростали й еволюціонували в перші кілька сотень мільйонів років історії Всесвіту.

Більш віддалені чорні діри та галактики

Огляд CEERS є великим, і науковцям ще багато чого належить вивчити. Член групи Дейл Кочевскі з коледжу Колбі у Вотервіллі, штат Мен, і команда швидко помітили в отриманих даних ще одну пару "малих" чорних дір.

Першу, в галактиці CEERS 2782, було найлегше виявити. Пил не затуляє огляд JWST, тому дослідники змогли одразу визначити час існування цієї чорної діри в історії Всесвіту - лише 1,1 мільярда років після великого вибуху.

Друга чорна діра, в галактиці CEERS 746, існувала трохи раніше, через 1 мільярд років після Великого вибуху. Її яскравий акреційний диск, кільце з газу і пилу, що оточує надмасивну чорну діру, все ще частково покритий пилом.

"Центральну чорну діру видно, але наявність пилу свідчить про те, що вона може перебувати всередині галактики, і також люто викачує зорі", - пояснив Кочевські.

Дві інші нещодавно описані чорні діри (в галактиках CEERS 2782 і CEERS 746), подібно до CEERS 1019, також є "легковаговиками" - принаймні, порівняно з раніше відомими надмасивними чорними дірами на таких відстанях. Їхня маса лише в 10 мільйонів разів перевищує масу Сонця.

На цьому графіку показано найвіддаленіші активні надмасивні надмасивні чорні діри, відомі наразі у Всесвіті. Три з них, включно з найвіддаленішою (у галактиці CEERS 1019), були недавно виявлені космічним телескопом Джеймса Вебба в рамках CEERS. Нові чорні діри CEERS набагато менші за всі інші, виявлені в ранньому Всесвіті. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI).

"Дослідники давно знають, що в ранньому Всесвіті мають існувати чорні діри меншої маси. "Вебб" - перша обсерваторія, яка може так чітко їх зафіксувати", - сказав Кочевські. "Тепер ми думаємо, що чорні діри меншої маси можуть бути всюди, чекаючи свого відкриття".

До JWST усі три чорні діри були занадто тьмяними, щоб їх можна було виявити. "В інші телескопи ці об′єкти виглядають як звичайні зореутворювальні галактики, а не як активні надмасивні чорні діри", - додав Фінкельштейн.

Чутливі спектри JWST також дали змогу дослідникам точно виміряти відстані до галактик у ранньому Всесвіті та, отже, їхній вік. Вони визначили 11 галактик, що існували через 470-675 мільйонів років після Великого вибуху. Примітно не тільки те, що вони надзвичайно далекі, а й те, що було виявлено так багато яскравих галактик. Дослідники припускали, що JWST виявить менше галактик, ніж зараз на таких відстанях.

"Я вражений кількістю високодетальних спектрів віддалених галактик, які повернув "Вебб". Ці дані просто неймовірні", - сказав Пабло Аррабаль Харо, член команди з лабораторії NOIRLab Національного наукового фонду.

У цих галактиках швидко формуються зорі, але вони ще не настільки хімічно збагачені, як галактики, розташовані набагато ближче до дому.

"Вебб першим виявив деякі з цих галактик", - пояснив Сейджі Фудзімото з UT Austin. "Цей набір, а також інші далекі галактики, які ми зможемо виявити в майбутньому, можуть змінити наше розуміння зореутворення та еволюції галактик протягом усієї космічної історії", - додав він.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.