Уэбб обнаружил в ранней Вселенной прожорливую сверхмассивную черную дыру

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) подтверждено наличие сверхмассивной черной дыры, активно растущей в небольшой галактике CANUCS-LRD-z8.6 всего через 570 миллионов лет после Большого взрыва.

Об этом рассказывают в Европейском космическом агентстве, передают OstanniPodii.com.

В течение первых трех лет работы JWST, с его помощью обнаружено немало мелких, чрезвычайно удаленных и удивительно красных объектов. Эти так называемые «маленькие красные точки» (LRD), несмотря на их неожиданную многочисленность, остаются для астрономов интригующей загадкой. Исследование галактики CANUCS-LRD-z8.6 помогло в поиске ответов. Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) Уэбба позволил получить слабый свет этой удаленной галактики и обнаружить ключевые спектральные особенности, указывающие на наличие черной дыры, накапливающей массу.

Результаты были опубликованы 19 ноября в журнале Nature Communications.

«Это открытие действительно необыкновенное», — говорит главный автор работы Роберта Триподи из Университета Любляны (Словения) и Астрономической обсерватории Рима (Италия).

«Мы наблюдали галактику, которая существует менее 600 миллионов лет после Большого взрыва, и она не только содержит сверхмассивную черную дыру, но и черная дыра быстро растет — гораздо быстрее, чем мы ожидали бы в такой галактике на таком раннем этапе. Это ставит под сомнение наше понимание формирования черных дыр и галактик в ранней Вселенной и открывает новые направления исследований того, как эти объекты появились».

Команда проанализировала спектр галактики, который показал наличие газа, сильно ионизированного энергичным излучением, и предположила, что он быстро вращается вокруг центрального источника. Такие особенности являются ключевыми характеристиками сверхмассивной черной дыры, активно аккрецирующей окружающее вещество. Точные спектральные данные позволили оценить массу черной дыры, которая оказалась чрезвычайно большой для такого раннего этапа развития Вселенной, и показали, что CANUCS-LRD-z8.6 является компактной и еще не произвела много тяжелых элементов — галактика находится на раннем этапе своей эволюции. Эта комбинация делает ее интересным объектом для исследования.

Кроме того, спектроскопия JWST позволила команде измерить, сколько энергии излучается на разных длинах волн, на основе чего они смогли получить характеристики физических свойств галактики. Это позволило им определить массу звезд галактики и сравнить ее с массой черной дыры.

«Данные, которые мы получили от Вебба, были абсолютно решающими», – добавил доктор Николас Мартис, сотрудник Университета Любляны, помогавший анализировать спектр источника.

«Спектральные особенности, обнаруженные Уэббом, дали четкие признаки аккрецирующей черной дыры в центре галактики, чего нельзя было наблюдать с помощью предыдущих технологий. Что еще более интересно, так это то, что черная дыра галактики является более массивной по сравнению с ее звездной массой. Это свидетельствует о том, что черные дыры в ранней Вселенной могли расти гораздо быстрее, чем галактики, в которых они находятся».

Астрономы ранее наблюдали, что масса сверхмассивной черной дыры и ее галактики связаны между собой: чем больше становится галактика, тем больше также становится ее центральная черная дыра. CANUCS-LRD-z8.6 является самой массивной галактикой с центральной черной дырой, известной на таком раннем этапе, однако ее черная дыра еще более массивна, чем могли ожидать астрономы, что противоречит обычному соотношению. Результат свидетельствует о том, что черные дыры могли образоваться и начать расти ускоренными темпами в ранней Вселенной, даже в относительно небольших галактиках.

«Это открытие является важным шагом в понимании образования первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной», — объясняет соавтор Маруша Брадач из Университета Любляны.

«Неожиданный быстрый рост черной дыры в этой галактике вызывает вопросы о процессах, которые позволили таким массивным объектам появиться так рано. Продолжая анализировать данные, мы надеемся найти больше галактик, подобных CANUCS-LRD-z8.6, которые могли бы предоставить нам еще больше информации о происхождении черных дыр и галактик».

Команда уже планирует дополнительные наблюдения с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA) и телескопа Уэбба, чтобы продолжить изучение холодного газа и пыли в галактике и уточнить свое понимание свойств черной дыры. Целью исследования этой LRD является получение ответов на важные вопросы о ранней Вселенной, в частности о том, как черные дыры и галактики совместно эволюционировали в течение первого миллиарда лет космической истории.

Поскольку астрономы продолжают исследовать раннюю Вселенную с помощью JWST, ожидается, что появятся новые сюрпризы, которые дадут все более детальное представление о том, как росли и эволюционировали первые сверхмассивные черные дыры, создавая основу для формирования ярких квазаров, которые сегодня освещают Вселенную.

• телескоп Уэбба
• Черные дыры