Исследователи, использующие космический телескоп «Джеймс Уэбб» (NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope), подтвердили наличие активно растущей сверхмассивной чёрной дыры в галактике, возраст которой составляет всего 570 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика CANUCS-LRD-z8.6 относится к классу небольших, очень далёких галактик, которые озадачивают астрономов. Она представляет собой важный фрагмент этой головоломки, ставя под сомнение существующие теории о формировании галактик и чёрных дыр в ранней Вселенной.
Открытие связывает ранние чёрные дыры с яркими квазарами, которые мы наблюдаем сегодня.
Работа [опубликована](https://www.nature.com/articles/s41467-025-65070-x) в журнале Nature Communications.
За первые три года работы «Уэбб» исследовал раннюю Вселенную и обнаружил всё больше небольших, чрезвычайно далёких и поразительно красных объектов. Эти так называемые «Маленькие красные точки» (LRDs) остаются загадкой для астрономов, несмотря на их неожиданное обилие.
Открытие в CANUCS-LRD-z8.6, ставшее возможным благодаря исключительным возможностям «Уэбба», помогло в поисках ответов. Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) «Уэбба» позволил исследователям наблюдать слабый свет от этой далёкой галактики и обнаружить ключевые спектральные особенности, указывающие на наличие аккрецирующей чёрной дыры.
Роберта Триподи, ведущий автор исследования и научный сотрудник Университета Любляны FMF в Словении и INAF — Osservatorio Astronomico di Roma в Италии, объяснила: «Это открытие поистине замечательно. Мы наблюдали галактику, возраст которой составляет менее 600 миллионов лет после Большого взрыва, и не только в ней есть сверхмассивная чёрная дыра, но и чёрная дыра растёт стремительно — гораздо быстрее, чем мы ожидали бы в такой галактике в столь ранний период».
«Это ставит под сомнение наше понимание формирования чёрных дыр и галактик в ранней Вселенной и открывает новые направления исследований о том, как появились эти объекты», — добавила она.
Команда проанализировала спектр галактики, который показал газ, сильно ионизированный энергетическим излучением, и предположил, что он быстро вращается вокруг центрального источника. Эти особенности являются ключевыми характеристиками аккрецирующей сверхмассивной чёрной дыры.
Точные спектральные данные позволили оценить массу чёрной дыры, которая оказалась необычно большой для такой ранней стадии во Вселенной. Также было установлено, что CANUCS-LRD-z8.6 компактна и ещё не произвела много тяжёлых элементов — это галактика на ранней стадии своей эволюции. Это сочетание делает её интригующим объектом для изучения.
Кроме того, спектроскопия «Уэбба» позволила команде измерить, сколько энергии излучается на разных длинах волн, что позволило охарактеризовать физические свойства галактики. Это позволило определить массу звёзд галактики и сравнить её с массой чёрной дыры.
«Данные, которые мы получили от «Уэбба», были абсолютно необходимы», — добавил доктор Николас Мартис, сотрудник Университета Любляны FMF, который помогал анализировать спектр источника. «Спектральные особенности, выявленные «Уэббом», предоставили чёткие признаки наличия аккрецирующей чёрной дыры в центре галактики, что невозможно было бы наблюдать с помощью предыдущих технологий».
Астрономы ранее наблюдали, что масса сверхмассивной чёрной дыры и её галактики-хозяина связаны: чем больше растёт галактика, тем больше становится её центральная чёрная дыра. CANUCS-LRD-z8.6 — самая массивная галактика-хозяин, известная в столь ранний период, но её центральная чёрная дыра ещё более массивна, чем можно было ожидать, что противоречит обычным соотношениям.
Результат предполагает, что чёрные дыры могли формироваться и начать расти ускоренными темпами в ранней Вселенной, даже в относительно небольших галактиках.
«Это открытие — захватывающий шаг в понимании формирования первых сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной», — объяснила профессор Маруша Брадач, руководитель группы в Университете Любляны FMF. «Неожиданный быстрый рост чёрной дыры в этой галактике поднимает вопросы о процессах, которые позволили появиться таким массивным объектам так рано. Пока мы продолжаем анализировать данные, мы надеемся найти больше галактик, подобных CANUCS-LRD-z8.6, которые могли бы дать нам ещё большее представление о происхождении чёрных дыр и галактик».
Команда уже планирует дополнительные наблюдения с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки (ALMA) и «Уэбба» для дальнейшего изучения холодного газа и пыли в галактике и уточнения понимания свойств чёрной дыры.
Текущие исследования этой LRD призваны ответить на важные вопросы о ранней Вселенной, в том числе о том, как чёрные дыры и галактики развивались в первые миллиарды лет космической истории.
По мере того как астрономы продолжают исследовать раннюю Вселенную с помощью JWST, ожидается, что появятся новые сюрпризы, которые позволят получить всё более детальную картину того, как росли и развивались первые сверхмассивные чёрные дыры, подготавливая почву для формирования ярких квазаров, освещающих Вселенную сегодня.
Результаты были получены в рамках сотрудничества CANUCS из программы наблюдений «Уэбба» #[1208](https://www.stsci.edu/jwst/phase2-public/1208.pdf).
Предоставлено [Европейским космическим агентством](https://phys.org/partners/european-space-agency/).