Астрономы обнаружили самую удалённую — и, следовательно, самую раннюю — из когда-либо наблюдавшихся чёрных дыр. Она расположена в галактике CAPERS-LRD-z9 и, вероятно, сформировалась 13,3 миллиарда лет назад, всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва.
Недавние открытия, сделанные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), означают, что мы можем найти множество подобных чёрных дыр, скрывающихся внутри так называемых «Маленьких красных точек» (LRDs).
Эксперты начали обнаруживать «Маленькие красные точки» около трёх лет назад. В декабре 2022 года данные, собранные JWST, показали, что эти многочисленные, ранее невиданные светящиеся точки исходят от чрезвычайно далёких, древних образований, созданных на заре Вселенной.
Дополнительный анализ показал, что примерно у 70 процентов этих LRD наблюдались признаки газа, вращающегося со скоростью 2 миллиона миль в час — явные индикаторы аккреционных дисков, окружающих сверхмассивные чёрные дыры.
После многолетних исследований международная группа учёных под руководством Центра космических границ Университета Техаса в Остине подтвердила, что CAPERS-LRD-z9 содержит самую древнюю сверхмассивную чёрную дыру из когда-либо обнаруженных.
«При поиске чёрных дыр это практически самый дальний горизонт, до которого можно добраться. Мы действительно расширяем границы того, что может обнаружить современная технология», — заявил исследователь Центра космических границ и ведущий автор исследования Энтони Тейлор.
Доказательства, опубликованные 6 августа в Astrophysical Journal, получены в рамках проекта JWST CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey (CAPERS). Из всех технологических массивов CAPERS позволяет телескопу наблюдать самые дальние уголки космоса, доступные в настоящее время.
Чтобы определить истинную природу CAPERS-LRD-z9, эксперты провели спектроскопический анализ её световых излучений в попытке найти быстро движущийся газ. По мере падения в чёрную дыру газ, удаляющийся от Земли, растягивается до более красных длин волн, а газ, движущийся к планете, сжимается до синих волн.
«Не так много других вещей создают такую сигнатуру. И у этой галактики она есть», — сказал Тейлор. «Мы видели эти облака в других галактиках. Когда мы сравнили этот объект с другими источниками, он оказался очень похожим».
Дальнейшие исследования показали, что, хотя «Маленькая красная точка» на таком расстоянии может показаться «маленькой», это название немного вводит в заблуждение. Чёрная дыра в центре CAPERS-LRD-z9, как полагают, в 300 миллионов раз больше нашего Солнца и по массе эквивалентна половине звёзд в её галактике. Это делает её особенно сверхмассивной даже по сравнению с другими сверхмассивными чёрными дырами.
Размер этой чёрной дыры особенно поражает астрономов. В то время как у более молодых чёрных дыр есть много материала для поглощения, теоретически это не относится к той, которая родилась в первые 500 миллионов лет существования Вселенной.
«Это дополняет растущее число доказательств того, что ранние чёрные дыры росли гораздо быстрее, чем мы считали возможным. Или они изначально были гораздо массивнее, чем предсказывают наши модели», — сказал Стивен Финкельштейн, директор Центра космических границ и соавтор исследования.
В дальнейшем команда надеется собрать ещё более подробные наблюдения с помощью JWST.
«Обнаружение „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 находимся в процессе выяснения того, что они из себя представляют и как они появились».