Сверхмассивные черные дыры всегда впечатляют своей огромной массой, особенно когда обнаруживаются в ранней Вселенной. Всего миллиард лет — это крайне короткий срок для того, чтобы накопить такую гигантскую массу посредством обычного поглощения вещества вокруг. И вот ученые обнаружили пару объектов, что впервые дает подтверждение одному из сценариев быстрого формирования сверхмассивных черных дыр в молодом периоде развития Вселенной.
С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» ученые-астрономы продолжают обнаруживать все больше древних черных дыр, обладающих огромной массой. В ноябре 2023 года они сообщили об открытии рекордной по массе дыры, которую мы видим такой, какой она была всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Спустя пару месяцев ученые показали, как сверхмассивная черная дыра, возникшая на ранних этапах развития Вселенной, поглощает материю своей галактики на протяжении 400 миллионов лет после Большого взрыва.
Предложено несколько теорий, которые могут объяснить столь стремительное создание объектов столь значительных размеров. Согласно некоторым космологическим представлениям, эти черные дыры не возникли «из ничего», а были «импортированы» в нашу Вселенную из предыдущего цикла ее существования. Другие исследователи полагают, что эти объекты могли увеличивать свою массу за счет необычайно быстрого притягивания вещества. Третьи специалисты рассматривают модели формирования массивных «зародышей» будущих черных дыр непосредственно из плотных облаков газа и пыли. И, наконец, существует гипотеза о том, что черные дыры могли просто объединяться между собой.
На протяжении наблюдений астрономы уже выявили множество потенциальных пар активных ядер галактик, находящихся на расстоянии менее одного килопарсека. Для сопоставления: это расстояние в восемь раз меньше, чем расстояние от Земли до центра нашей галактики. В связи с близостью этих объектов и ограниченным разрешением используемых приборов, существовала вероятность того, что кажущееся «раздвоенное» излучение исходит от одного объекта. Кроме того, специалисты не были уверены в возможности слияния. По данным компьютерного моделирования, более вероятно, что одна из черных дыр будет выброшена в межгалактическое пространство.
Астрофизики впервые получили убедительные свидетельства наличия двух отдельных, но находящихся на небольшом расстоянии друг от друга массивных объектов в ранней Вселенной. На тот момент возраст Вселенной составлял приблизительно 740 миллионов лет (красное смещение 7,15). Результаты исследования опубликованы в журнале Місячні повідомлення Королівського астрономічного товариства .
В качестве объекта исследования была выбрана система галактик ZS7. Ранее было установлено наличие активного ядра галактики в этой системе, что указывает на присутствие черной дыры, поглощающей материю. Однако часть излучения была смещена по отношению к этому ядру. Более того, у этой «порции» излучения также наблюдались признаки активного ядра галактики. Существовали предположения, что «сдвинутое» излучение представляет собой истинный «центр» галактики, а яркое пятно – лишь область интенсивного звездообразования.
Несмотря на то, что точное расстояние между объектами установить невозможно, с нашей точки зрения оно составляет около 620 парсек. На основании детального анализа данных наблюдений и кинематики второго объекта, авторы пришли к однозначному заключению: это два активных ядра галактик, причем второе заслонено плотным облаком пыли.
Предположительно, масса первого ядра составляет приблизительно 50 миллионов солнечных масс. Масса второго ядра, вероятно, аналогична, однако из-за наличия газа точное определение затруднено. Общая масса системы сопоставима с массой Большого Магелланова Облака – самой крупной галактики-спутника Млечного Пути.
Видимо, объекты ZS7 находятся на стадии динамического трения, по мере приближения к другим звездам и газовым облакам, их скорость уменьшается. Затем начнут проявляться эффекты взаимодействия с отдельными звёздными объектами, известная как «задача трех тел». В конечном итоге, выброс гравитационных волн приведет к формированию пары черных дыр. В непосредственной близости от этой пары астрономы обнаружили еще три малоизлучающих объекта, расположенных на расстоянии 2,5, 3,9 и 4,1 килопарсека. Судя по всему, мы являемся свидетелями формирования крупной системы всего через 740 миллионов лет после Большого взрыва.
По оценкам ученых, завершение слияния центральной пары активных ядер галактик займет от 100 до 200 миллионов лет. Будущие гравитационно-волновые телескопы смогут регистрировать гравитационные волны, излучаемые такими отдаленными событиями. К таким проектам относятся — «Лазерная интерферометрическая космическая антенна» (Ожидается, что она приступит к работе в 2030-х годах.