Сверхмассивная черная дыра или окружающая ее галактика растет первым? В молодой Вселенной различить галактику и ее дыру, чтобы оценить массу первой, очень сложно. Астрономы MIT с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» рассмотрели шесть древних галактик. Результаты взвешивания их удивили.
Квазары — это активные ядра галактик, представляющие собой сверхмассивные черные дыры, активно поглощающие материю и формирующие вокруг себя горящий аккреционный диск. Высокая интенсивность излучения квазаров превосходит яркость их галактик в несколько порядков, что позволяет обнаруживать их даже в молодой Вселенной, но затрудняет наблюдения за самими галактиками.
За последние пару десятилетий астрономы нашлиСуществуют примерно 300 квазаров, свет от которых достиг Земли после более чем 12,8 миллиардов лет пути. В результате Вселенная к возрасту одного миллиарда лет уже содержала черные дыры с массой, превышающей массу миллиарда Солнц. Для сравнения: масса черной дыры в центре Млечного Пути составляет приблизительно 4,3 миллиона солнечных масс.
Изучение удаленных квазаров помогает увидеть разнообразие форм и масштабов их галактик, но для определения отношения масс нужно выделить центр от звёзд.
Радиотелескопы ALMA регистрировали лишь холодную пыль и газ — показатели зон звездообразования. Ради изучения таких областей и проводились наблюдения, но для полноценного исследования звезд необходимы данные других диапазонов. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» стал в этом помощником. Во-первых, он способен «видеть» глубже в космос. Во-вторых, ведёт наблюдения в инфракрасном спектре.
Исследователи из Массачусетского технологического института (США) при помощи «Джеймса Уэбба» изучили шесть квазаров в молодой Вселенной. Свет этих объектов летел до нас от 12,7 до 12,9 миллиарда лет с красным смещением от 5,9 до 7. Наблюдения проводились суммарно на протяжении 120 часов. Результаты работы опубликованы в журнале. The Astrophysical Journal и выложены на сайте arXiv.
Выделить свет галактик от излучения их сверхмассивных черных дыр удалось только трем объектам: J0148+0600, J159-02 и J1120+0641. Для этого исследователи провели данные наблюдений через специальную компьютерную модель. Модель определяет, какой свет исходит от «точки», то есть квазара, а какой — от разреженного облака света, то есть от звезд.
Ученые, изучив полученные результаты, оценили массы квазаров и галактик. В молодой Вселенной отношение массы сверхмассивных черных дыр к суммарной массе их звезд составляло примерно одно к десяти. Сейчас у галактик с такой же массой звезд это соотношение на порядки меньше: один к тысяче.
В ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры в 100 раз сильнее влияли на обычную материю в галактиках, чем сегодня. Это необычный вывод, так как причины такого явления пока неясны. Следовательно, влияние этих черных дыр на формирование галактик было куда больше, чем предполагалось ранее.
Это помогает разобраться: кто первым растет: черная дыра или галактика, которая ее потом догоняет? Или ростом черной дыры управляют галактика и ее звезды? Мы видим, что в молодой Вселенной сверхмассивные черные дыры набирали массу раньше своих галактик. Также мы можем осторожно предположить, что зародыши этих черных дыр были изначально массивнее, чем у современных галактик. объяснилаАвтор исследования — Анна-Кристина Эйлерс, профессор физики из Массачусетского технологического института.
Современные галактики демонстрируют явную связь между массой центральной черной дыры и массой звезд, а также скоростями их движения. Эволюция дыр и галактик тесно переплетена, но неизвестен механизм управления этой взаимосвязью. По поводу причин корреляции выдвигается множество предположений.
Некоторые ученые исследуют версию, что причина корреляции заключается в процессе, который запускает формирование галактики и аккрецию в черную дыру. Есть предположение, что видимая корреляция объясняется теорией вероятности. Тем не менее, более популярны версии о прямом взаимодействии галактики и ее черной дыры.
Недавно астрономы впервые напрямую увиделиКак сверхмассивная черная дыра останавливает звездообразование в своей галактике? Излучение активного ядра способно вытеснить газ из межзвездного пространства, тем самым прекращая рождение звезд. Также излучение может нагревать газ в гало галактики, останавливая не только звездообразование, но и поток вещества к черной дыре. Чтобы разобраться, необходимо провести больше наблюдений. Новое исследование показало, что «Джеймс Уэбб» способен собирать необходимую информацию.