Сверхмассивные черные дыры формируются из менее массивных черных дыр, вес которых варьируется от сотен до десятков тысяч солнечных масс. Однако, каким образом возникают эти «предшественники»? Согласно теории, они могут появляться в результате слияния черных дыр звездной массы. Для этого необходимо, чтобы плотность объектов была высокой в ограниченном участке космоса, например, в шаровом звездном скоплении. Ученые исследовали древнейшую известную группу таких скоплений, возникшую всего через 460 миллионов лет после Большого взрыва.
Дуга космических самоцветов (SPT0615-JD1) представляет собой одну из самых ярких галактик, существовавших в эпоху, когда Вселенной было всего 465 миллионов лет (красное смещение 10,2). Наблюдать ее удается благодаря эффекту гравитационного линзирования. В роли «лупы» выступает скопление галактик SPT-CL J0615-5746, каким оно предстает перед нами, когда Вселенной было примерно шесть миллиардов лет. Дугу космических самоцветов впервые выявили на изображениях, полученных космическим телескопом «Хаббл» в ходе обзора RELICS. В настоящее время астрономы исследуют ее с использованием орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб».
Выяснилось, что это не одиночная галактика, а тесное скопление из пяти старинных шаровых звездных скоплений. В них содержатся молодые звезды с низким содержанием металлов, что позволяет считать их одними из первых звезд, сформировавшихся во Вселенной. Статья с описанием объекта опубликована в журнале Nature.
«Нас поразило первое же изображение, полученное телескопом „Уэбба”. Мы обнаружили небольшую цепочку из ярких точек, симметрично отраженных с обеих сторон. Оказалось, что эти космические образования – звездные скопления! Без „Уэбба” мы бы не смогли определить, что перед нами звездные скопления в столь молодой галактике», — объяснила Анжело Адамо, ведущий автор исследования, является астрономом из Стокгольмского университета (Швеция) и работает в Центре Оскара Клейна.
В пределах небольшого участка космоса, занимающего менее 230 световых лет (70 парсек), находится пять шаровых скоплений. По своим размерам этот участок сопоставим с отдельными звездными скоплениями, встречающимися в галактиках того времени.
Согласно оценкам, возраст этих скоплений варьируется от девяти до 36 миллионов лет. Масса каждого из них составляет от одного до 2,6 миллиона солнечных масс. В совокупности они формируют примерно треть массы своей галактики. Их характеристики подтверждают гипотезу о том, что плотные звездные скопления диаметром от 1,6 до 6,5 световых лет (от 0,5 до двух парсек) являются основными «генераторами» звезд в ранних карликовых галактиках с низким содержанием металлов.
В звездных скоплениях плотность звезд может составлять десятки тысяч звездных масс на квадратный парсек, что во много раз превышает показатели, наблюдаемые в молодых шаровых скоплениях, существующих в современной Вселенной, включая области, расположенные вблизи Млечного Пути.
Согласно мнению исследователей, высокая плотность в этих скоплениях должна способствовать более частому слиянию черных дыр звездной массы. Как предполагается, именно такие столкновения приводят к формированию «предшественников» средней массы для последующих сверхмассивных черных дыр.
«Полученные данные служат непосредственным подтверждением того, что шаровые протоскопления возникли в тусклых галактиках в эпоху реионизации, что позволяет лучше понять механизм, благодаря которому этим галактикам удалось реионизировать Вселенную», — добавила Адамо.
Авторы новой работы полагают, что существует множество других галактик, подобных этой, которые теперь можно более детально исследовать с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Ученые планируют продолжить наблюдение за Дугой космических самоцветов с использованием других приборов телескопа. В первую очередь они стремятся подтвердить красное смещение объекта и с помощью ультрафиолетового излучения более детально изучить характеристики скоплений. Полученные данные также позволят создать карту областей, где активно происходит звездообразование.