Впервые обнаружена молодая галактика с тремя сверхмассивными черными дырами

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) ученые впервые обнаружили в удаленной отдельной галактике три сверхмассивные черные дыры, активно накапливающие материю.

Об открытии сообщают в Институте внеземной физики Общества им. Макса Планка (MPE), передают OstanniPodii.com.

Международная команда под руководством MPE обнаружила три активные сверхмассивные чёрные дыры в галактике J0148-4214. Эта галактика находится на расстоянии более 12,5 миллиардов световых лет от Земли, что соответствует примерно 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Результаты основаны на данных спектроскопии с пространственным разрешением, полученных с помощью прибора JWST «Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона».

«Это первое подтверждение наличия трёх активных чёрных дыр в одной галактике в далёкой Вселенной», — отмечает Ханна Ублер, руководительница исследовательской группы в MPE и главный автор исследования. Две из этих чёрных дыр расположены в центре галактики и разделены в проекции всего 620 световыми годами. Третья находится во внешней области галактики, на расстоянии примерно 5500 световых лет от центра. «Это свидетельствует о том, что процессы в ранней Вселенной эффективно сближали массивные чёрные дыры, создавая предпосылки для слияния массивных чёрных дыр, которые мы надеемся обнаружить с помощью будущих обсерваторий гравитационных волн», — отмечает Ублер.

Эмиссия водорода как индикатор

Исследователи идентифицировали чёрные дыры по их спектральным отпечаткам: признакам атомов водорода, движущихся с большой скоростью в гравитационном потенциале чёрных дыр. В центральной области спектр демонстрирует сложную структуру, которую лучше всего объясняют две чёрные дыры, находящиеся в непосредственной близости. Чтобы различить эти два центральных источника, команда применила спектроастрометрию — метод, позволяющий точно измерять пространственные смещения линий излучения по всей галактике. Это позволило определить положение чёрных дыр, хотя их невозможно различить в пространстве как отдельные точечные источники. Во внешней области была обнаружена третья чёрная дыра.

Команда также рассмотрела альтернативные интерпретации — в частности, сверхновые, ударные волны, звёздные ветры или очень массивные звёзды — но отвергла их на основе анализа других спектральных признаков.

Массы и вырастание

Анализ показал, что массы чёрных дыр составляют примерно 80 миллионов, 0,6 миллиона и 2 миллиона масс Солнца. Самая массивная чёрная дыра аккрецирует материю медленнее, чем соседняя чёрная дыра массой 0,6 миллиона солнечных масс, которая даже превышает максимальную скорость аккреции, предсказанную базовыми теориями роста чёрных дыр (предел Эдингтона).

«Данные JWST позволили нам не только идентифицировать эти три чёрные дыры, но и оценить их массы, скорости аккреции и звёздную массу галактики», — говорит д-р Джованни Маццолари из MPE, второй автор исследования. «Мы установили, что общая звездная масса составляет около 1,3 миллиарда масс Солнца, и черные дыры составляют значительную часть этой массы».

Ожидается, что центральная пара чёрных дыр сливается в течение ближайших нескольких сотен миллионов лет. «Эти результаты чрезвычайно увлекательны», — добавляет Роберто Майолино, профессор Кембриджского университета и соавтор исследования. «Они свидетельствуют о том, что слияние чёрных дыр может быть дополнительным, быстрым путём их стремительного роста в ранней Вселенной».

Третья чёрная дыра, расположенная за пределами ядра, может быть остатком предыдущего слияния, вытеснённой из центра гравитационной отдачей, или же в настоящее время мигрировать к центру.

Полученные результаты дают новое представление о росте сверхмассивных чёрных дыр и их галактик. Они подтверждают гипотезу о том, что слияния и взаимодействия играли важную роль в ранней Вселенной, и позволяют рассматривать эту систему как потенциального предшественника будущих слияний чёрных дыр, которые можно будет наблюдать с помощью гравитационно-волновых детекторов, таких как запланированная к запуску в 2035 году «Лазерно-интерферометрическая гравитационная антенна» (LISA).

• телескоп Уэбба
• Черные дыры