Международная команда астрономов использовала космический телескоп Джеймса Вебба NASA/ESA/CSA, чтобы найти доказательства продолжающегося слияния двух галактик и их массивных черных дыр, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Это знаменует собой самое отдаленное обнаружение слияния черных дыр, когда-либо полученное, и первый случай, когда это явление было обнаружено так рано во Вселенной. Астрономы обнаружили сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца, в большинстве массивных галактик местной Вселенной, включая нашу галактику Млечный Путь. Эти черные дыры, вероятно, оказали значительное влияние на эволюцию галактик, в которых они находятся. Однако ученые до сих пор до конца не понимают, как эти объекты выросли и стали такими массивными. Обнаружение гигантских черных дыр, которые уже существовали в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, указывает на то, что такой рост, должно быть, происходил очень быстро и очень рано. Теперь космический телескоп Джеймса Уэбба проливает новый свет на рост черных дыр в ранней Вселенной.
Новые наблюдения Уэбба предоставили доказательства продолжающегося слияния двух галактик и их массивных черных дыр, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Система известна как ZS7. Исследование опубликовано в Monthly Notices Королевского астрономического общества. Массивные черные дыры, которые активно накапливают вещество, имеют отличительные спектрографические особенности, позволяющие астрономам идентифицировать их. Для очень далеких галактик, подобных тем, что представлены в этом исследовании, эти сигнатуры недоступны с земли и их можно увидеть только с помощью телескопа Webb. "Мы обнаружили свидетельства существования очень плотного газа с быстрыми движениями вблизи черной дыры, а также горячего и сильно ионизованного газа, освещенного энергичным излучением, обычно производимым черными дырами в период их аккреции", - пояснила ведущий автор Ханна Юблер из Кембриджского университета в Великобритании. благодаря беспрецедентной четкости своих изображений, Webb также позволил нашей команде пространственно разделить две черные дыры".
Команда ученых обнаружила, что масса одной из двух черных дыр в 50 миллионов раз превышает массу Солнца. "Масса другой черной дыры, вероятно, аналогична, хотя измерить ее гораздо сложнее, потому что эта вторая черная дыра скрыта в плотном газе", - пояснил член команды Роберто Майолино из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона в Соединенном Королевстве. "Наши результаты показывают, что слияние является важным путем, по которому черные дыры могут быстро расти даже на заре космической эры", - пояснил Юблер. "Вместе с другими открытиями Уэбба об активных массивных черных дырах в далекой Вселенной, наши результаты также показывают, что массивные черные дыры с самого начала определяли эволюцию галактик". "Звездная масса системы, которую мы изучали, аналогична массе нашего соседа - Большого Магелланова облака", - поделился член команды Пабло Дж. Перес-Гонсалес из Центра астробиологии (CAB), CSIC/INTA, Испания. "Мы можем попытаться представить, как это могло бы повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если бы в каждой галактике была одна сверхмассивная черная дыра такого же размера, как у нас в Млечном Пути".
Команда также отмечает, что как только две черные дыры сольются, они также будут генерировать гравитационные волны. Подобные события можно будет обнаружить с помощью следующего поколения гравитационно-волновых обсерваторий, таких как предстоящая миссия Laser Interferometer Space Antenna (LISA), которая была недавно одобрена Европейским космическим агентством и станет первой космической обсерваторией, предназначенной для изучения гравитационных волн. "Результаты Уэбба говорят нам о том, что более легкие системы, обнаруживаемые LISA, должны встречаться гораздо чаще, чем предполагалось ранее", - сказала ведущий научный сотрудник проекта LISA Нора Лютцгендорф из Европейского космического агентства в Нидерландах. "Скорее всего, это заставит нас адаптировать наши модели к показателям LISA в этом диапазоне масс. Это только верхушка айсберга".
Это открытие было сделано в результате наблюдений, проведенных в рамках программы "Сборка галактик" с помощью интегральной полевой спектроскопии NIRSpec. Недавно команда ученых была награждена новой крупной программой в рамках третьего цикла наблюдений Уэбба, направленной на детальное изучение взаимосвязи между массивными черными дырами и галактиками-хозяевами в течение первого миллиарда лет. Важным компонентом этой программы будет систематический поиск и характеристика слияний черных дыр. Эта работа позволит определить скорость, с которой происходило слияние черных дыр в ранние космические эпохи, и оценить роль слияния в раннем росте черных дыр, а также скорость, с которой с незапамятных времен возникали гравитационные волны.
