Самая старая из когда-либо наблюдавшихся черных дыр, обнаруженная благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба, возникла еще на заре Вселенной и пожирает свою родительскую галактику. Мы можем видеть ее такой, какой она была через 400 миллионов лет после Большого взрыва, или 13,4 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего 3 процента от ее нынешнего возраста.
Результаты исследования, проведенного под руководством профессора Роберто Майолино из Кембриджского университета при поддержке Европейского исследовательского совета, Королевского общества и Совета по научно-техническим средствам (STFC), были опубликованы сегодня в журнале Nature. Оно свидетельствует о наличии в ранней Вселенной еще одной черной дыры, слишком массивной для своего возраста, и о необходимости понять, как могли образоваться подобные объекты.
GN-z11, одна из самых далеких галактик
Исследуемая сверхмассивная черная дыра находится в центре молодой галактики GN-z11, которая до апреля 2022 года удерживала рекорд как самая старая из когда-либо обнаруженных галактик. Она компактна и примерно в сто раз меньше Млечного Пути.
Впервые ее существование было предположено на основе данных космического телескопа «Хаббл», а затем подтверждено благодаря наблюдениям телескопа «Кек» и японского «Субару» в 2020 году. В то время его расстояние было определено как красное смещение z=11,09, позднее улучшенное Уэббом до 10,6. Красное смещение — это мера красного смещения длины волны источника, вызванного его удалением в результате космического расширения, и дает нам представление о его расстоянии. Например, для GN-z11 оно соответствует расстоянию в 400 миллионов лет от нас.
Это означает, что теперь мы видим ее еще в процессе формирования, хотя, к сожалению, ее развитие сильно затруднено присутствием этой черной дыры. Поскольку она излучает сильное свечение в ультрафиолете, ученые пришли к выводу, что черная дыра быстро поглощает газ GN-z11, который оборачивается вокруг объекта в диск, называемый аккреционным диском. По мере того как этот газ закручивается вокруг черной дыры, он становится чрезвычайно горячим и начинает светиться и излучать ультрафиолет.
Когда черные дыры потребляют слишком много газа, они выталкивают его, как сверхбыстрый ветер. Этот ветер, к сожалению, может заблокировать процесс звездообразования, медленно убивая галактику.
Как образовалась такая массивная черная дыра?
Как и все черные дыры, этот молодой небесный монстр пожирает материал из галактики-хозяина, чтобы подпитывать свой рост. Однако было обнаружено, что она пожирает материю гораздо активнее, чем ее собратья более поздних эпох. К тому же она удивительно массивна: ее масса в несколько миллионов раз превышает массу нашего Солнца. Как же может существовать столь крупный и массивный объект спустя всего 400 миллионов лет после рождения Вселенной?
Астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры, расположенные в центре галактик, таких как Млечный Путь, выросли до своих нынешних размеров за миллиарды лет, образовавшись из остатков древних, очень массивных звезд, которые разрушились в конце своей жизни.
Однако размер этой черной дыры говорит о том, что она могла образоваться и по-другому: она могла родиться уже такой массивной или же поглощать окружающую материю со скоростью, в пять раз превышающей возможную.
На самом деле, если бы она развивалась так, как было предсказано, этой черной дыре потребовалось бы около миллиарда лет, чтобы достичь наблюдаемых размеров. Даже половины этого срока нет!
Еще раз спасибо «Уэббу»
Скачок вперед, сделанный «Уэббом» для изучения подобных объектов, безусловно, огромен. В частности, это огромный скачок в чувствительности, который позволяет идти все дальше и дальше, обнаруживая объекты, которые еще полтора года назад мы и не думали наблюдать.
Благодаря «Джеймсу Уэббу» в ближайшие месяцы и годы могут быть обнаружены еще более древние черные дыры. Майолино и его команда надеются использовать будущие наблюдения JWST, чтобы попытаться найти больше таких объектов и идентифицировать их семена, или прародителей. Это поможет им пролить свет на различные способы образования массивных черных дыр, подобных GN-z11.
«Это все равно что за одну ночь перейти от телескопа Галилея к современному телескопу«, — говорит Майолино. «До появления «Уэбба» я думал, что, возможно, Вселенная не так уж интересна, если выйти за пределы того, что мы можем увидеть с помощью «Хаббла». Но это оказалось совсем не так: Вселенная была очень щедра, показав нам то, что она сделала. И это только начало«.
С исследованием под названием A small and vigorous black hole in the early Universe, опубликованным в журнале Nature, можно ознакомиться .