Благодаря усовершенствованному инструменту VLT впервые получилось прямо измерить массу далекой сверхмассивной черной дыры, свет от окрестностей которой дошел до нас спустя 11 миллиардов лет. Её масса оказалась вчетверо меньше ожидаемой, если судить по массе галактики, где она находится.
Вблизи нашей Вселенной наблюдается закономерность: общие характеристики галактик связаны с массой сверхмассивной черной дыры в ее центре. Это позволяет ученым предположить, что галактики развиваются вместе со своими центральными черными дырами. Наиболее важный период развития определяется фазой квазара.
На стадии квазара излучение поглощаемого вещества настолько мощно, что воздействует на звездообразование в галактике: излучение «выдувает» газ, подавляя формирование новых звезд. Астрономы стремятся понять, как со временем меняется их взаимодействие. Благодаря яркости этих объектов мы наблюдаем их с расстояний в миллиарды световых лет. У исследователей появился инструмент, позволяющий более точно разглядеть процессы, происходящие в непосредственной близости от черной дыры: усовершенствованная система GRAVITY на комплексе телескопов VLT Европейской южной обсерватории.
Группа учёных во главе с Таро Шимизу из Института внеземной физики общества Макса Планка изучила сверхмассивную черную дыру J0920 (SDSS J092034.17+065718.0) с красным смещением z = 2,3 с помощью GRAVITY+. Свет из её окрестностей добрался до нас примерно через 11 миллиардов лет.
Чтобы определить массу черной дыры, астрономы изучают движение газа и звезд в её близости. Более быстрое движение указывает на большую массу.
Особенность этого метода заключается в том, что наблюдать это движение на больших расстояниях затруднительно. Адаптивная оптика GRAVITY+ решает эту проблему. Данный инструмент объединяет информацию от четырех восьмиметровых телескопов VLT и по точности эквивалентен одному 120-метровому телескопу.
Учёным удалось наблюдать движение газовых облаков в плотной области вокруг J0920. Для определения реальных размеров центральной части, учёные сравнили полученные данные с компьютерной моделью. В результате им впервые удалось напрямую измерить массу такой удалённой чёрной дыры.
Масса объекта составила 320 миллионов солнечных масс при массе галактики около 60 миллиардов солнечных масс. Черная дыра примерно в четыре раза менее массивна, чем была бы, если бы это была современная галактика. По крайней мере в некоторых галактиках существует задержка между ростом самой галактики и ростом ее черной дыры. опубликована в журнале Nature.
Вероятный сценарий развития этой галактики предполагает сильное излучение от сверхновых. Взрывы звезд разогнали газ из центральной области до того, как он успел попасть в черную дыру. Черная дыра сможет быстро расти и догнать свою галактику только тогда, когда масса последней станет достаточно большой для удержания газа в центре, несмотря на взрывы сверхновых. объяснилУчастник исследования Жинь И Ша́нгуань.
Черная дыра J0920 поглощает вещество со скоростью от 30 до 140 солнечных масс в год. При такой скорости соотношение ее массы и массы галактики станет типичным для ранней Вселенной примерно через десять миллионов лет. Однако авторы статьи считают маловероятным, что J0920 сможет поддерживать такой темп. Скорее, чтобы достичь «нормальной» массы, она пройдет через несколько эпизодов с гораздо меньшей скоростью поглощения.
Это усовершенствованный инструмент GRAVITY+ – следующая революция в астрономии. Теперь возможно получить снимки черных дыр в молодой Вселенной с точностью в 40 раз выше, чем у телескопа «Джеймс Уэбб». отметилФранк Эйзенхауэр, руководитель группы инструмента GRAVITY в Институте внеземной физики имени Макса Планка.
Внедрение обновлений происходит поэтапно, чтобы не нарушать научную деятельность и провести испытания каждого этапа. Завершение совершенствования запланировано на 2025 год.