Группа ученых-астрономов из разных стран мира, работающая под эгидой Института физики космоса им. Макса Планка, сообщила об уникальном открытии: впервые зафиксировано одновременное присутствие трех сверхмассивных черных дыр, активно поглощающих материю, в пределах одной галактической системы. Расположенная на удалении свыше 12,5 миллиардов световых лет от нашей планеты, галактика J0148-4214 предстает перед исследователями в том виде, который она имела приблизительно через полтора миллиарда лет после начала Большого взрыва.

Две из этих черных дыр оказались сконцентрированы вблизи ядра галактики и разделены расстоянием всего лишь около 620 световых лет. Третья же находится на периферии, примерно в пяти тысячах пятьсот световых годах от центральной области.

Идентификация данных объектов стала возможной благодаря анализу спектральных особенностей излучения водорода. Под воздействием колоссального гравитационного притяжения черных дыр газ вокруг них движется с невероятной скоростью, что приводит к появлению определенных отметок в его спектре. Сложная структура линий поглощения в центральной части галактики изначально указывала на наличие не одного, а сразу двух активных источников.

Для разделения этих объектов ученые применили метод спектроастрометрии – технологию, позволяющую выявлять незначительные сдвиги положения спектральных линий. Это позволило определить местоположение двух центральных черных дыр, несмотря на невозможность их визуального различения как отдельных сущностей. Удаленный объект был идентифицирован в более отдаленной части галактики.

Согласно оценкам специалистов, вес самой большой чёрной дыры достигает приблизительно восьмидесяти миллионов солнечных масс. Две другие обладают массой порядка шестисот тысяч и двух миллионов солнечных масс соответственно. Примечательно, что наиболее тяжёлая из них поглощает материю с меньшей скоростью, чем расположенная рядом черная дыра, чья масса составляет шестьсот тысяч солнц. Последняя активно увеличивается в размерах и даже превышает верхний предел скорости присоединения вещества, который предсказывают базовые теоретические модели развития чёрных дыр – так называемый предел Эддингтона.

Астрономические данные свидетельствуют о том, что общая масса звёздного населения галактики составляет примерно полтора миллиарда солнечных масс. Следовательно, совокупная доля черных дыр в общей массе галактики весьма существенна.

Учёные выдвигают гипотезу о возможном слиянии двух центральных чёрных дыр на протяжении последующих нескольких сотен миллионов лет. Их присутствие указывает на то, что в эпоху формирования Вселенной процессы объединения и столкновения галактик могли успешно приводить к взаимодействию массивных черных дыр и стимулировать их дальнейший рост.

Происхождение третьей чёрной дыры пока не имеет однозначного объяснения. Она может являться результатом предыдущего слияния, отброшенным от центральной области из-за гравитационного воздействия, возникшего в момент объединения, или же постепенно двигаться к центру галактики.

Важную информацию предоставили данные, полученные космическим телескопом «Джеймс Уэбб» при помощи спектрографа NIRSpec-IFS. По словам ученых, если бы не пространственно детализированные спектральные измерения, предоставляемые этим оборудованием, удалось бы выявить лишь одну из трех обнаруженных черных дыр.

Этот прорыв демонстрирует потенциал интегральной полевой спектроскопии как эффективного способа поиска нескольких активно развивающихся чёрных дыр в отдалённых галактиках. Подобные системы представляют ценность для дальнейших исследований гравитационных волн, поскольку слияния массивных черных объектов должны генерировать такие колебания.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.