Космический телескоп Джеймс Уэбб дает много подсказок в поисках нашего происхождения и происхождения Вселенной, поскольку различные научные программы имеют возможность использовать его. Недавно группа исследователей под руководством Стивена Финкельштейна из Техасского университета в Остине, участвующая в проекте CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), обнаружила самую удаленную из когда-либо обнаруженных активных сверхмассивных черных дыр. Расположенная в галактике под названием CEERS 1019, эта черная дыра поднимает важнейшие вопросы о формировании и эволюции черных дыр в ранней Вселенной.
Данное исследование позволяет по-новому взглянуть на эти загадочные небесные объекты и может оказать существенное влияние на наше понимание Вселенной. Несколько первых статей, посвященных данным CEERS, были приняты к в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Небольшая сверхмассивная черная дыра, которая не поддается нашим теориям
Масса недавно обнаруженной черной дыры оценивается примерно в 9 млн. раз больше массы Солнца. В контексте сверхмассивных черных дыр это относительно мало. Некоторые из крупнейших известных сверхмассивных черных дыр имеют массу, в несколько миллиардов раз превышающую массу нашей звезды. Например, масса черной дыры в центре галактики M87, известной тем, что она первой была запечатлена на снимке, составляет около 6,5 млрд. масс Солнца.
Согласно современным теориям, процессы роста сверхмассивных черных дыр, происходящие либо в результате слияния черных дыр, либо за счет жадного питания окружающим веществом, должны занимать больше времени, чем 570 млн. лет, которые потребовались этой черной дыре для достижения такой массы.
Это означает, что даже черные дыры с массой, подобной той, что находится в центре Млечного Пути (4,5 млн. масс Солнца), должны существовать только в относительно близкой, а значит, более поздней Вселенной. Тот факт, что эта черная дыра, хотя и относительно небольшая для сверхмассивной черной дыры, существует так рано в истории Вселенной, ставит под сомнение существующие теории.
Раскрытие световых выбросов
Выбросы света показывают, что черная дыра CEERS 1019 активно питается окружающей ее материей. Черные дыры окружены вихрями газа и пыли, называемыми аккреционными дисками.
Гравитационное воздействие черной дыры не только нагревает материю, заставляя диск светиться, но и мощные магнитные поля направляют материю к полюсам черной дыры, где она иногда выбрасывается в виде сдвоенных струй, движущихся со скоростями, близкими к скорости света, создавая очень интенсивный свет.
Ребекка Ларсон (Rebecca Larson) из Техасского университета в Остине, возглавлявшая исследование, отметила в пресс-релизе: «Взгляд на этот далекий объект с помощью данного телескопа немного напоминает изучение данных о черных дырах, существующих в галактиках, близких к нашей собственной. Здесь так много спектральных линий, которые необходимо проанализировать!» Более тщательное наблюдение за интенсивным излучением черной дыры может показать, как быстро растет ее галактика-хозяин, и, возможно, пролить свет на ее загадочное прошлое. Специалисты смогли разделить, какие излучения в спектре исходят от черной дыры, а какие — от ее галактики-хозяина.
Джейхан Карталтепе, соавтор исследования и профессор астрономии Рочестерского технологического института в Нью-Йорке, отмечает: «Слияние галактик может быть частично ответственно за активность черной дыры в этой галактике, а также может привести к усиленному звездообразованию«.
Другие загадочные черные дыры
Вторая группа под руководством Дейла Кочевски (Dale Kocevski) из колледжа Колби (штат Мэн) быстро обнаружила в полученных данных еще одну пару небольших черных дыр. Первую, в галактике CEERS 2782, обнаружить было проще всего. Благодаря отсутствию пыли, заслоняющей поле зрения «Уэбба», исследователи смогли сразу определить время существования этой черной дыры в истории Вселенной: всего 1,1 млрд. лет после Большого взрыва.
Вторая черная дыра, в галактике CEERS 746, появилась немного раньше, через 1 млрд. лет после Большого взрыва. Ее интенсивный аккреционный диск все еще частично скрыт пылью. Кочевски поясняет: «Центральная черная дыра видна, но наличие пыли говорит о том, что она может находиться в галактике, которая также интенсивно рождает звезды«.
Как и галактика CEERS 1019, эти две черные дыры также являются «легковесами» — по крайней мере, по сравнению с известными сверхмассивными черными дырами на таких расстояниях. Их размер составляет всего около 10 млн. масс Солнца. Это открытие знаменует собой прорыв в астрономии. Стивен Финкельштейн заключает: «До сих пор исследования объектов ранней Вселенной носили в основном теоретический характер. С помощью «Уэбба» мы можем не только увидеть черные дыры и галактики на огромных расстояниях, но и начать их точное измерение. И все это благодаря огромной мощности этого телескопа«.