Расположенная в центре галактики CEERS_1019, являющейся одной из первых во Вселенной, эта активная черная дыра является самой далекой из когда-либо обнаруженных: ее возраст всего 570 миллионов лет после Большого взрыва. Её масса оценивается примерно в 10 миллионов солнечных масс. Это открытие может помочь астрофизикам понять, как черные дыры могли достигнуть таких размеров за столь короткое время.
Эпоха реионизации, последовавшая за Темными веками, стала одним из ключевых моментов в истории космоса. В это время материя между галактиками претерпела значительные изменения, переходя от нейтрального к ионизированному водороду. Исследователи связывают это явление с излучением первого поколения массивных звезд (звезд популяции III).
Однако этой гипотезе не хватает доказательств, а природа этого излучения, время его начала и продолжительность всё ещё остаются предметом споров.
Ни один прибор ранее не мог наблюдать раннюю Вселенную. Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» появилась возможность детально изучить галактики первого миллиарда лет. Определение того, когда и как образовались первые черные дыры, является одной из многих загадок, которые пытаются разгадать ученые. В частности, надеются пролить свет на роль, которую сыграли черные дыры в реионизации, наряду с ионизирующими фотонами, испускаемыми массивными звездами.
Непредсказуемые спектры молодой галактики.
В современной Вселенной сверхмассивные черные дыры находятся в центре крупных галактик, включая центр Млечного Пути, где расположена черная дыра Стрелец A*. Согласно модели аккреции, эти объекты, возраст которых превышает 13 миллиардов лет, поглощали материю на протяжении всей своей истории. Это может объяснить их массу сегодня. Однако эта модель роста оспаривается открытием сверхмассивных черных дыр на красных смещениях больше 7 (что соответствует примерно 670 миллионам лет после Большого взрыва).
Откуда-то издали до нас доносится информация о недавно найденной аккрецирующей черной дыре. Её возраст весьма мал – всего 570 миллионов лет (z = 8,679). Открыто самое отдаленное активное галактическое ядро и самая далекая, самая древняя черная дыра. — сказала Ребекка Ларсон, астрофизик из Техасского университета в Остине и автор статьи, описывающей это открытие. Черная дыра расположена в центре галактики CEERS_1019, особенно яркой галактики из ранней Вселенной, обнаруженной Хабблом в 2015 году (тогда её называли EGSY8p7).
Эта галактика — отличная площадка для изучения эпохи реионизации; в её пределах Ребекка Ларсон исследует свет, возникающий при рождении первых звезд в галактике, чтобы глубже понять ионизацию нейтрального водорода. Благодаря данным от Джеймса Уэбба — собранным за час наблюдений — у неё появилась возможность изучить ранее невидимые детали.
Помимо света, связанного с образованием звёзд, данные показали эмиссионные линии, свойственные активным ядрам галактик. Видеть эти признаки в одной молодой галактике удивительно — обычно наблюдаемые линии соответствуют одному из этих явлений.
Разрушение звезды и ускоренное поглощение ею вещества.
«Черная дыра воздействует на видимые светящиеся линии, однако большую часть света на фотографиях создает звездаобразование в галактике. — говорит она. Эта черная дыра отличается от других сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в ранней Вселенной, таких как квазары J1342+0928 и J0313-1806 возрастом 690 и 670 миллионов лет соответственно. Массы этих объектов эквивалентны 800 миллионам и 1,6 миллиардам солнечных масс соответственно.
В отличие от черной дыры CEERS_1019, в спектрах этих двух квазаров преобладает излучение их активных ядер галактик. Так эта галактика может быть промежуточной стадией развития между самыми первыми галактиками и их черными дырами, а также более поздними, большими галактиками. Нам неизвестно и до сих пор не ясно, как черные дыры в этих галактиках стали такими огромными так рано во Вселенной. Мы обнаружили то, которое, по нашему мнению, является прародителем или тем, что породило эти невероятно массивные квазары. «, — говорит она.
В первые миллиарды лет существования Вселенной сверхмассивные черные дыры появились благодаря новой теории зарождения: «прямому коллапсу».
Команда предполагает, что эти черные дыры могут образовываться в результате коллапса чрезвычайно массивных объектов, например, из первых звезд во Вселенной. Поскольку такие звезды были больше современных, это может объяснить быстрое их увеличение в размерах.
Существует еще одно явление — суперэддингтоновская аккреция. Для того чтобы черные дыры стали сверхмассивными менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, скорость аккреции массы на «семя» черной дыры должна была быть очень быстрой: превзойти предел Эддингтона. За этой точкой давление излучения пересиливает гравитацию, и вещество выбрасывается в космос. Суперэддингтоновская аккреция позволяет кратковременно превысить этот предел.
Модель Ларсон и ее команды показывает, что это явление могло ускорить рост черной дыры. Наблюдение за другими промежуточными галактиками, даже очень далекими, подтвердит этот сценарий и поможет понять эволюцию Вселенной.