Чёрные дыры сыграли решающую роль в формировании ранней Вселенной. Однако астрономы долгое время спорили о том, насколько велика была эта роль, поскольку информация о ранних чёрных дырах, существующих при высоких красных смещениях, была относительно ограничена.
Группа исследователей под руководством Софии Герис из Кембриджского университета объединила несколько спектров, полученных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), чтобы дополнить картину формирования чёрных дыр в ранней Вселенной. Они обнаружили, что в ранней Вселенной существует множество чёрных дыр меньшего размера, что подтверждает идею о том, что чёрные дыры всех размеров способствовали формированию нашей современной Вселенной. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Для анализа использовалась третья версия данных расширенного глубокого внегалактического исследования JWST (JADES), которая включала 4000 ранее не опубликованных спектров. В наборе данных было определено красное смещение для 2375 объектов, что означает, что учёные знают, как далеко они находятся в пространстве и времени.
Методика исследования
В рамках этого исследования были изучены 600 галактик, которые находились очень далеко. Из них были удалены объекты с известными активными галактическими ядрами (AGN), которые представляют собой активные чёрные дыры, поглощающие газ и пыль в центре галактик. Большинство известных AGN были очень яркими, и поскольку целью этого исследования было найти слабые AGN, которые в противном случае были бы упущены при традиционном исследовании, их необходимо было удалить.
После удаления известных ярких объектов исследователи объединили серию изображений, полученных с использованием разных спектров, чтобы повысить яркость любых слабых AGN, всё ещё присутствующих в наборе данных. Авторы также сгруппировали галактики по определённым критериям, таким как яркость самих галактик или количество звёзд в них.
После того как спектры были объединены и получена серия AGN, которые стали достаточно яркими, чтобы быть заметными, исследователи искали особый тип света, называемый широким Hα. Этот свет указывает на то, что чёрная дыра активно поглощает материал, хотя он также может исходить из других источников, таких как сверхновые или ветры, дующие из целевой галактики.
Исключив эти возможности, исследователи получили набор данных, содержащий серию слабых AGN в центре многих галактик с высоким красным смещением, которые ранее считались не имеющими активных чёрных дыр. Важно отметить, что многие из этих чёрных дыр намного меньше, чем те, которые традиционно рассматриваются при обсуждении чёрных дыр в ранней Вселенной. Их масса составляет около 1 миллиона масс Солнца, и они гораздо менее активны, чем ранее обнаруженные AGN с таким же красным смещением.
Это также помогло объяснить предыдущую загадку, связанную с размерами чёрных дыр в ранней Вселенной. Многие более крупные AGN, обнаруженные в предыдущих исследованиях, казались слишком большими для своих галактик, в то время как чёрные дыры, обнаруженные в этом исследовании, соответствовали общепринятым параметрам размеров для галактик, в которых они находились.
Это может указывать на то, что вместо представления о «сначала чёрные дыры» эволюция галактик может быть обусловлена множеством галактик, где сама галактика формируется раньше, чем чёрная дыра в её центре становится достаточно большой, чтобы быть заметной при астрономических наблюдениях.
В любом случае исследования, подобные этому, — это именно то, для чего был создан JWST — поиск путей создания галактик в ранней Вселенной и поиск массивных структур, которые определили многое в эволюции Вселенной. Исследования только начинаются, и в ближайшее время ожидается публикация многих других наборов данных, которые, несомненно, прольют больше света на эту раннюю популяцию чёрных дыр малой массы, впервые доказанных таким образом.