Международная команда астрономов под руководством Центра космических рубежей при Техасском университете в Остине обнаружила самую удалённую из когда-либо подтверждённых чёрных дыр. Она и галактика, в которой она находится, — CAPERS-LRD-z9 — существуют спустя 500 миллионов лет после Большого взрыва. Это означает, что они относятся ко времени, отстоящему от нас на 13,3 миллиарда лет назад, когда нашей Вселенной было всего 3% от её нынешнего возраста. Это даёт уникальную возможность изучить структуру и эволюцию этого загадочного периода.
«При поиске чёрных дыр это практически максимально далеко. Мы действительно расширяем границы того, что может обнаружить современная технология», — сказал Энтони Тейлор, постдокторант Центра космических рубежей и руководитель группы, совершившей открытие.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.
«Хотя астрономы нашли несколько более удалённых кандидатов, — добавил Стивен Финкельштейн, соавтор статьи и директор Центра космических рубежей, — им ещё предстоит найти отчётливую спектроскопическую подпись, связанную с чёрной дырой».
Спектроскопия позволяет астрономам расщеплять свет на множество длин волн для изучения характеристик объекта. Чтобы идентифицировать чёрные дыры, они ищут признаки быстро движущегося газа. Когда он вращается и падает в чёрную дыру, свет от газа, движущегося от нас, растягивается до гораздо более красных длин волн, а свет от газа, движущегося к нам, сжимается до гораздо более синих длин волн.
«Не так много других вещей создают такую подпись, — пояснил Тейлор. — И у этой галактики она есть».
Команда использовала данные программы CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) космического телескопа Джеймса Уэбба для поиска. Запущенный в 2021 году, JWST предоставляет наиболее далеко идущие виды в космос, а CAPERS обеспечивает наблюдения за самым дальним краем.
«Первая цель CAPERS — подтвердить и изучить самые удалённые галактики», — сказал Марк Дикинсон, соавтор статьи и руководитель группы CAPERS. «Спектроскопия JWST — ключ к подтверждению их расстояний и пониманию их физических свойств».
Первоначально замеченная как интересное пятнышко на изображениях программы, CAPERS-LRD-z9 оказалась частью нового класса галактик, известных как «Маленькие красные точки». Они существуют только в первые 1,5 миллиарда лет Вселенной, эти галактики очень компактны, красны и неожиданно ярки.
«Открытие „Маленьких красных точек“ стало большой неожиданностью благодаря ранним данным JWST, поскольку они не были похожи на галактики, видимые с помощью космического телескопа Хаббла», — пояснил Финкельштейн. «Сейчас мы в процессе выяснения того, что они из себя представляют и как они появились».
Галактика CAPERS-LRD-z9 может помочь астрономам сделать это.
Во-первых, эта галактика добавляет к растущему количеству доказательств того, что сверхмассивные чёрные дыры являются источником неожиданной яркости «Маленьких красных точек». Обычно такая яркость указывала бы на обилие звёзд в галактике. Однако «Маленькие красные точки» существуют в то время, когда такая большая масса звёзд маловероятна.
С другой стороны, чёрные дыры также ярко светят. Это происходит потому, что они сжимают и нагревают материалы, которые поглощают, создавая огромный свет и энергию. Подтвердив существование одной из них в CAPERS-LRD-z9, астрономы нашли поразительный пример этой связи в «Маленьких красных точках».
Эта вновь обнаруженная галактика также может помочь ответить на вопрос о том, что вызывает отчётливый красный цвет «Маленьких красных точек». Возможно, это связано с толстым облаком газа, окружающим чёрную дыру, которое искажает её свет в более красные длины волн при прохождении через него.
«Мы видели такие облака в других галактиках, — пояснил Тейлор. — Когда мы сравнили этот объект с другими источниками, он оказался очень похожим».
Эта галактика также примечательна тем, насколько колоссальна её чёрная дыра. По оценкам, её масса в 300 миллионов раз превышает массу нашего Солнца, что составляет до половины массы всех звёзд в её галактике. Даже среди сверхмассивных чёрных дыр это особенно большой размер.
Обнаружение такой массивной чёрной дыры на столь раннем этапе даёт астрономам ценную возможность изучить, как развивались эти объекты. Чёрная дыра, присутствующая в более поздней Вселенной, имела бы разнообразные возможности для увеличения массы в течение своей жизни. Но та, что присутствует в первые несколько сотен миллионов лет, — нет.
«Это добавляет к растущим доказательствам того, что ранние чёрные дыры росли гораздо быстрее, чем мы считали возможным, — сказал Финкельштейн. — Или они изначально были гораздо массивнее, чем предсказывают наши модели».
Чтобы продолжить свои исследования CAPERS-LRD-z9, команда надеется собрать больше наблюдений с более высоким разрешением с помощью JWST. Это может дать более глубокое понимание этой галактики и роли, которую чёрные дыры играли в развитии «Маленьких красных точек».
«Это хороший тестовый объект для нас, — сказал Тейлор. — До недавнего времени мы не могли изучать раннюю эволюцию чёрных дыр, и мы рады увидеть, что мы можем узнать об этом уникальном объекте».
Предоставлено:
* [Университет Техаса в Остине](https://phys.org/partners/university-of-texas-at-austin/)