«Джеймс Уэбб» обнаружил в ранней Вселенной «аномальные» чёрные дыры, обогнавшие собственные галактики
Астрономы получили одно из самых убедительных свидетельств того, что в молодой Вселенной сверхмассивные чёрные дыры росли быстрее своих галактик. Международная группа исследователей с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружила две крайне необычные галактики, в центрах которых скрываются чёрные дыры с аномально большой массой по отношению к окружающим звездным системам.
Речь идёт о галактиках COLA1 и NEPLA4, которые наблюдаются такими, какими они были всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Спектроскопические наблюдения JWST выявили в их излучении широкие водородные линии — характерный признак газа, стремительно вращающегося вокруг активно растущей сверхмассивной чёрной дыры.
Дополнительным подтверждением стали редкие двойные пики линии Лайман-альфа. Такой сигнал возникает только в случае, если вокруг галактики существует крупный пузырь ионизированного газа, «выжженный» мощным излучением активного ядра.
Хотя обнаруженные чёрные дыры уступают по массе монстрам, питающим ярчайшие квазары ранней Вселенной, их размеры всё равно поражают: каждая содержит около 170–190 миллионов солнечных масс. При этом относительно своих галактик они оказались в 400–800 раз массивнее, чем чёрные дыры в современных звёздных системах.
Иллюстрация: Nano BananaАвторы исследования считают, что COLA1 и NEPLA4 могут представлять собой давно искомое промежуточное состояние между первичными «тяжёлыми зародышами» чёрных дыр и полноценными сверхъяркими квазарами. До сих пор астрономам было трудно понять, каким образом чёрные дыры успевали набрать миллиарды солнечных масс менее чем за первый миллиард лет космической истории.
Моделирование показало, что обнаруженные объекты должны были поглощать вещество почти с предельно возможной скоростью начиная уже через 180–270 миллионов лет после Большого взрыва. При этом основная масса звёзд в их галактиках, вероятно, сформировалась значительно позже — примерно через 750 миллионов лет после рождения Вселенной.
Иными словами, в этих системах сначала стремительно росла чёрная дыра, а уже затем начала активно собираться сама галактика. Это противоречит классической картине совместной эволюции галактик и их центральных объектов, согласно которой оба процесса должны идти более синхронно.
Исследователи предполагают, что ещё менее миллиона лет назад COLA1 и NEPLA4 находились в полноценной квазарной фазе. В тот период их активные ядра выбрасывали настолько мощное излучение, что формировали гигантские ионизированные пузыри вокруг галактик. Сейчас ситуация изменилась: чёрные дыры практически «затихли» и поглощают вещество лишь на небольшой доле максимальной мощности, тогда как сами галактики переживают бурный всплеск звездообразования.
Если этот процесс продолжится, то звёздная масса постепенно догонит массу центральных объектов, и системы со временем приблизятся к привычным для современной Вселенной соотношениям между галактикой и чёрной дырой.
Авторы работы считают, что дальнейшие наблюдения с использованием JWST и будущих гигантских наземных инструментов вроде Extremely Large Telescope и Subaru Telescope помогут найти больше подобных объектов. Это позволит восстановить раннюю историю квазаров и понять, каким образом во Вселенной так быстро появились первые сверхмассивные чёрные дыры.
© iXBT
