Астрономы с помощью телескопов НАСА обнаружили самую далекую черную дыру, которую когда-либо видели в рентгеновских лучах. Черная дыра находится на ранней стадии роста, чего раньше никогда не наблюдалось, и ее масса аналогична массе родительской галактики. Этот результат может объяснить, как образовались некоторые из первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Объединив данные рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и космического телескопа «Джеймс Уэбб» НАСА, группа исследователей смогла найти характерные признаки растущей черной дыры всего через 470 миллионов лет после Большого взрыва. «Нам нужен был Уэбб, чтобы найти эту удивительно далекую галактику, и Чандра, чтобы найти ее сверхмассивную черную дыру», — сказал Акос Богдан из Центра астрофизики Гарвардский и Смитсоновский институт (CfA), который возглавляет новую статью, доступную на сервере препринтов arXiv и запланированную к публикации в журнале Nature Astronomy, описывающую эти результаты. «Мы также воспользовались преимуществами космического увеличительного стекла, которое увеличило количество обнаруженного нами света». Этот увеличивающий эффект известен как гравитационное линзирование.
Богдан и его команда обнаружили черную дыру в галактике под названием UHZ1 в направлении скопления галактик Abell 2744, расположенного на расстоянии 3,5 миллиардов световых лет от Земли. Однако данные Уэбба показали, что галактика находится гораздо дальше, чем скопление, на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от Земли, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего возраста. Затем в течение двух недель наблюдения с помощью «Чандры» показали наличие интенсивного, перегретого, излучающего рентгеновские лучи газа в этой галактике — отличительный знак растущей сверхмассивной черной дыры. Свет галактики и рентгеновские лучи газа вокруг ее сверхмассивной черной дыры усиливаются примерно в четыре раза за счет проникновения материи в Абелл 2744 (из-за гравитационного линзирования), что усиливает инфракрасный сигнал, обнаруженный Уэббом, и позволяет Чандре обнаруживать слабый источник рентгеновского излучения. Это открытие важно для понимания того, как некоторые сверхмассивные черные дыры могут достигать колоссальных масс вскоре после Большого взрыва. Образуются ли они непосредственно в результате коллапса массивных газовых облаков, создавая черные дыры массой от 10 000 до 100 000 солнц? Или они возникают в результате взрывов первых звезд, которые создают черные дыры массой всего от 10 до 100 солнц?
«Существуют физические ограничения на то, как быстро черные дыры могут расти после того, как они сформировались, но те, которые рождаются более массивными, имеют преимущество. Это похоже на посадку саженца, которому требуется меньше времени, чтобы вырасти в полноразмерное дерево, чем если бы вы начали только с семени», — сказал Энди Гулдинг из Принстонского университета. Гулдинг является соавтором статьи в журнале Nature Astronomy и ведущим автором новой статьи в The Astrophysical Journal Letters, в которой сообщается о расстоянии и массе галактики, используя спектр Уэбба. Команда Богдана нашла убедительные доказательства того, что недавно открытая черная дыра родилась массивной. По оценкам, его масса составляет от 10 до 100 миллионов солнц, исходя из яркости и энергии рентгеновских лучей. Этот диапазон масс аналогичен диапазону масс всех звезд в галактике, в которой она живет, что резко контрастирует с черными дырами в центрах галактик соседней Вселенной, которые обычно содержат лишь около десятой процента массы их звезд. звезды родительской галактики.
Большая масса черной дыры в молодом возрасте, а также количество производимого ею рентгеновского излучения и яркость галактики, обнаруженная Уэббом, согласуются с теоретическими предсказаниями, сделанными в 2017 году соавтором Приямвады Натараджаном из Йельского университета. Огромная черная дыра», образовавшаяся непосредственно в результате коллапса огромного облака газа. «Мы думаем, что это первое обнаружение «чрезмерной черной дыры» и лучшее из полученных на сегодняшний день доказательств того, что некоторые черные дыры образуются из массивных облаков газа», — сказал Натараджан. «Впервые мы наблюдаем краткий период, когда сверхмассивная черная дыра весит примерно столько же, сколько звезды в ее галактике, прежде чем она отстанет». Исследователи планируют использовать этот и другие результаты, полученные от Уэбба и тех, кто объединяет данные других телескопов, чтобы составить более широкую картину ранней Вселенной. Космический телескоп НАСА Хаббл ранее показал, что свет от далеких галактик сильно усиливается материей в промежуточном скоплении галактик, что частично послужило мотивацией для описанных здесь наблюдений Уэбба и Чандры.
