Вебб виявив у ранньому Всесвіті ненажерливу надмасивну чорну діру

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) підтверджено наявність надмасивної чорної діри, що активно зростає в невеликій галактиці CANUCS-LRD-z8.6 всього через 570 мільйонів років після Великого вибуху.

Про це розповідають в Європейському космічному агентстві, передають OstanniPodii.com.

Протягом перших трьох років роботи JWST, за його допомогою виявлено чимало дрібних, надзвичайно віддалених і дивовижно червоних об′єктів. Ці так звані «маленькі червоні крапки» (LRD), попри їх несподівану численність, залишаються для астрономів загадкою, що інтригує. Дослідження галактики CANUCS-LRD-z8.6 допомогло у пошуку відповідей. Спектрографу близького інфрачервоного діапазону (NIRSpec) Вебба дозволив отримати слабке світло цієї віддаленої галактики та виявити ключові спектральні особливості, що вказують на наявність чорної діри, яка накопичує масу.

Результати були опубліковані 19 листопада в журналі Nature Communications.

«Це відкриття є дійсно надзвичайним», - каже головна авторка роботи Роберта Тріподі з Університету Любляни (Словенія) та Астрономічної обсерваторії Риму (Італія).

«Ми спостерігали галактику, яка існує менш як 600 мільйонів років після Великого вибуху, і вона не тільки містить надмасивну чорну діру, але й чорна діра швидко зростає — набагато швидше, ніж ми очікували б у такій галактиці на такому ранньому етапі. Це ставить під сумнів наше розуміння формування чорних дір і галактик у ранньому Всесвіті та відкриває нові напрямки досліджень того, як ці об′єкти з′явилися».

Команда проаналізувала спектр галактики, який показав наявність газу, що був сильно іонізований енергійним випромінюванням, і припустила, що він швидко обертається навколо центрального джерела. Такі особливості є ключовими характеристиками надмасивної чорної діри, що активно акреціює навколишню речовину. Точні спектральні дані дозволили оцінити масу чорної діри, яка виявилася надзвичайно великою для такого раннього етапу розвитку Всесвіту, і показали, що CANUCS-LRD-z8.6 є компактною та ще не виробила багато важких елементів – галактика перебуває на ранньому етапі своєї еволюції. Ця комбінація робить її цікавим об′єктом для дослідження.

Крім того, спектроскопія JWST дозволила команді виміряти, скільки енергії випромінюється на різних довжинах хвиль, на основі чого вони змогли отримати характеристики фізичних властивостей галактики. Це дозволило їм визначити масу зірок галактики й порівняти її з масою чорної діри.

«Дані, які ми отримали від Вебба, були абсолютно вирішальними», – додав доктор Ніколас Мартіс, співробітник Університету Любляни, який допомагав аналізувати спектр джерела.

«Спектральні особливості, виявлені Веббом, дали чіткі ознаки акреційної чорної діри в центрі галактики, чого не можна було спостерігати за допомогою попередніх технологій. Що ще цікавіше, так це те, що чорна діра галактики є більш масивною порівняно з її зоряною масою. Це свідчить про те, що чорні діри в ранньому Всесвіті могли рости набагато швидше, ніж галактики, в яких вони знаходяться».

Астрономи раніше спостерігали, що маса надмасивної чорної діри та її галактики пов′язані між собою: чим більшою стає галактика, тим більшою також стає її центральна чорна діра. CANUCS-LRD-z8.6 є наймасивнішою галактикою з центральною чорною дірою, відомою на такому ранньому етапі, проте її чорна діра є ще масивнішою, ніж могли очікувати астрономи, що суперечить звичайному співвідношенню. Результат свідчить про те, що чорні діри могли утворитися й почати рости прискореними темпами у ранньому Всесвіті, навіть у відносно невеликих галактиках.

«Це відкриття є важливим кроком у розумінні утворення перших надмасивних чорних дір у Всесвіті», — пояснює співавторка Маруша Брадач з Університету Любляни.

«Несподіване швидке зростання чорної діри в цій галактиці викликає питання про процеси, які дозволили таким масивним об′єктам з′явитися так рано. Продовжуючи аналізувати дані, ми сподіваємося знайти більше галактик, подібних до CANUCS-LRD-z8.6, які могли б надати нам ще більше інформації про походження чорних дір і галактик».

Команда вже планує додаткові спостереження за допомогою Атакамської великої міліметрової/субміліметрової решітки (ALMA) та телескопа Вебба, щоб продовжити вивчення холодного газу та пилу в галактиці та уточнити своє розуміння властивостей чорної діри. Метою дослідження цієї LRD є отримання відповідей на важливі питання про ранній Всесвіт, зокрема про те, як чорні діри та галактики спільно еволюціонували протягом першого мільярда років космічної історії.

Оскільки астрономи продовжують досліджувати ранній Всесвіт за допомогою JWST, очікується, що з′являться нові сюрпризи, які дадуть все більш детальне уявлення про те, як зростали та еволюціонували перші надмасивні чорні діри, створюючи основу для формування яскравих квазарів, які сьогодні освітлюють Всесвіт.