В тенях ранней Вселенной найдена красная сверхмассивная черная дыра

Команда астрономов обнаружила чрезвычайно красную, гравитационно линзованную сверхмассивную черную дыру в ранней Вселенной. Это открытие, сделанное с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), свидетельствует о том, что черная дыра скрыта за густой пылевой завесой, заслоняющей большую часть её света. 

Ученые обнаружили, что масса черной дыры значительно больше относительно ее галактики-хозяина по сравнению с более локальными примерами. По их словам, это исследование знаменует собой значительный прогресс в понимании ранней Вселенной.

Запущенный два года назад, JWST революционизировал наше представление о формировании галактик. Телескоп обнаружил очень ранние галактики в большем количестве и с большей яркостью, чем ожидалось, а также некоторые новые типы объектов.

Открытие было сделано на изображениях JWST, на которых изначально считалось находится линзованный, квазароподобный объект из ранней Вселенной. Квазары - это яркие центры галактик, где сверхмассивные черные дыры активно пожирают окружающий материал, при этом излучая огромное количество радиации, которая затмевает галактику-хозяина.

Снимки были сделаны в рамках программы UNCOVER, направленной на наблюдение скопления галактик Abell 2744 с беспрецедентной глубиной. Масса скопления вызывает эффект гравитационного линзирования, увеличивая фоновые галактики и тем самым позволяя астрономам заглянуть в прошлое дальше, чем иначе возможно.

"Мы были очень взволнованы, когда JWST начал присылать свои первые данные. Мы сканировали данные, поступившие для программы UNCOVER, и три очень компактные, но красные объекты заметно выделялись и привлекали наше внимание", - сказал ведущий автор Лукас Фуртак, постдокторский научный сотрудник Университета Бен-Гуриона. "Их "красно-крапчатый" вид сразу натолкнул нас на мысль, что это квазароподобный объект".

Команда использовала численную модель линзирования скопления галактик, чтобы определить, что красные точки были несколькими изображениями одного и того же фонового источника, который наблюдался, когда Вселенной было всего около 700 миллионов лет. 

"Анализ цветов объекта показал, что он не был типичной звездообразующей галактикой. Это еще больше подтвердило гипотезу о сверхмассивной черной дыре", - сказала профессор Рэйчел Безансон из Питсбургского университета и соруководитель программы UNCOVER.

Получение данных аппаратом NIRSpec на JWST для трех изображений "красной точки" дало потрясающие результаты. "Спектры были просто потрясающими", - отметил другой соруководитель проекта UNCOVER, профессор Иво Лаббе из Технологического университета Суинберна. Анализ не только подтвердил, что объект является сверхмассивной черной дырой, и измерил ее точное красное смещение, но и предоставил надежную оценку её массы по ширине эмиссионных линий.

Исследование привело к неожиданному выводу, что масса черной дыры чрезвычайно велика по сравнению с массой ее галактики-хозяина. 

"Весь свет этой галактики должен уместиться в крошечной области размером с современное звездное скопление. Даже если упаковать все возможные звезды в такую маленькую область, черная дыра в итоге будет составлять по меньшей мере 1% от общей массы системы", - говорит профессор Дженни Грин из Принстонского университета, одна из ведущих авторов статьи.

Это открытие возбудило новые дискуссии о росте сверхмассивных черных дыр и их отношениях с галактиками-хозяевами в ранней Вселенной, осветив тайны, окружающие их происхождение и развитие. 

"В некотором смысле, это астрофизический эквивалент проблемы курицы и яйца", - комментирует профессор Ади Зитрин, размышляя о текущих дебатах о том, что образуется первым - галактики или черные дыры. Благодаря тому, что JWST продолжает обнаруживать "маленькие красные точки" и другие активные галактические ядра, астрономическое сообщество надеется получить больше информации о древних космических структурах.

Результаты были опубликованы в журнале Nature.