Астрономы, использующие космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружили самую удаленную из известных активно питающихся сверхмассивных чёрных дыр. Чёрная дыра также оказалась одной из наименее массивных, наблюдавшихся в ранней Вселенной, — её размер эквивалентен примерно 9 миллионам солнц, — что представляет сложность для объяснения.
Исследователи наблюдали за галактикой, в которой находится эта активная сверхмассивная чёрная дыра, в рамках исследования Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Галактика, получившая обозначение CEERS 1019, выглядит такой, какой она была, когда Вселенной, возраст которой составляет 13,8 миллиарда лет, было всего около 570 миллионов лет.
Команда учёных, возглавляемая астрономом Техасского университета в Остине Стивеном Финкельштейном (Steven Finkelstein), также обнаружила две другие чёрные дыры, которые существовали через 1 и 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва, а также 11 галактик, существовавших между 470 и 675 миллионами лет космической истории.
«До сих пор исследования объектов в ранней Вселенной были в основном теоретическими, — говорится в заявлении Финкельштейна. — С Уэббом мы не только можем видеть чёрные дыры и галактики на экстремальных расстояниях, но теперь мы можем начать их точное измерение. В этом и заключается огромная сила данного телескопа.»
Результаты группы, которые представляют собой первые выводы CEERS, были опубликованы в мае в нескольких статьях в специальном выпуске Astrophysical Journal Letters.
Маленькая жадная чёрная дыра
Чёрная дыра в центре CEERS 1019 имеет массу около 9 миллионов солнечных масс. Это может показаться невероятно массивным, но масса многих сверхмассивных чёрных дыр может вырастать до массы, в миллиарды раз превышающей массу нашей звезды. Тем не менее, даже при таком относительно небольшом размере существование чёрных дыр такой массы в ранней Вселенной всё ещё остаётся загадкой для учёных.
Это связано с тем, что процессы, посредством которых растут сверхмассивные чёрные дыры, либо путём слияния последовательно увеличивающихся чёрных дыр, либо путём жадного поглощения окружающей материи, должны занимать больше времени, чем 570 миллионов лет, которые были доступны этой чёрной дыре. Это означает, что даже чёрные дыры такого масштаба, как в сердце Млечного Пути, масса которого примерно в 4,5 миллиона раз превышает массу Солнца, должны быть видны только в относительно близкой и, следовательно, более поздней Вселенной.
«Наблюдение за этим далёким объектом с помощью этого телескопа очень похоже на просмотр данных о чёрных дырах, которые существуют в галактиках, близких к нашей», — говорится в заявлении соавтора исследования Ребекки Ларсон (Rebecca Larson), докторанта Техасского университета в Остине.
Учёные давно подозревали, что такие сверхмассивные чёрные дыры существовали в ранней Вселенной, но убедительные доказательства появились только после того, как в середине 2022 года свой инфракрасный глаз для наблюдения за космосом открыл JWST.
Световое излучение показывает, что чёрная дыра CEERS 1019 активно питается окружающей её материей. Питающиеся чёрные дыры, подобные этой, окружены вихрями падающего газа и пыли, известными как аккреционные диски. Мало того, что гравитационное воздействие чёрной дыры нагревает эту материю, заставляя диск ярко светиться, мощные магнитные поля направляют материю к полюсам чёрной дыры, где она иногда выбрасывается парными струями, движущимися со скоростью, близкой к скорости света, генерируя чрезвычайно яркий свет.
Дальнейшее наблюдение за интенсивным излучением чёрной дыры может показать, как быстро растет её галактика-хозяин, и, возможно, пролить свет на её таинственное прошлое.
«Слияние галактик может быть частично ответственно за подпитку активности в чёрной дыре этой галактики, и это также может приводить к усилению звёздообразования», — рассказала соавтор исследования Джейхан Карталтепе (Jeyhan Kartaltepe), член команды CEERS и доцент астрономии в Рочестерском технологическом институте в Нью-Йорке.
