Наблюдая за галактикой CANUCS-LRD-z8.6 с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб», астрономы обнаружили в ее центре сверхмассивную черную дыру. Хотя она существовала всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва, ее масса оказалась рекордной для столь ранней эпохи.
Ученые до сих пор не могут с уверенностью сказать, как именно в эпоху реионизации — через 400-800 миллионов лет после рождения Вселенной — сформировались сверхмассивные черные дыры (СМЧД). Считается, что они росли за счет бесконтрольного поглощения вещества, однако этот процесс, как ранее писал Naked Science, мог происходить в два этапа.
Международная исследовательская группа под руководством Роберты Триподи (Roberta Tripodi) из Университета Любляны (Словения) наблюдала галактику CANUCS-LRD-z8.6 в рамках программы CANUCS, направленной на изучение ранней Вселенной с помощью «Уэбба». Свет от объекта шел до Земли 13,3 миллиарда лет, а масса его центральной черной дыры превысила 100 миллионов масс Солнца — примерно в 25 раз больше, чем предсказывали модели.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature Communications, показали, что хотя CANUCS-LRD-z8.6 в тысячи раз меньше Млечного Пути, ее скорость звездообразования составила примерно 50 солнечных масс в год — очень много для столь молодой и компактной системы.
Спектральный анализ помог выявить признаки активности галактического ядра, которые невозможно объяснить только звездообразованием: температура газа в галактике достигала примерно 39 700 градусов Цельсия, а металличность — то есть для элементов тяжелее гелия — была низкой, составив менее 10-20% от солнечного уровня. Значит, светила в CANUCS-LRD-z8.6 только-только начали обогащать космическую среду металлами, а сама галактика сохранила «первозданный» химический состав эпохи реионизации.
Столь быстрое формирование сверхмассивной черной дыры ученые связали с особыми условиями: она, вероятно, возникла в результате прямого коллапса гигантского газового облака, а не гибели массивной звезды. По расчетам, такие объекты могли поглощать вещество со скоростью, превышающей предел Эддингтона — максимально устойчивую скорость «питания» черной дыры.
Открытие столь древней и необычной галактики подтверждает гипотезу о том, что черные дыры в ранней Вселенной развивались быстрее своих галактик, формируясь и набирая массу до того, как вокруг них появлялись звездные системы. Именно такие объекты, по мнению авторов новой научной работы, могли стать «зародышами» самых массивных квазаров и черных дыр во Вселенной.