Найдена самая ранняя черная дыра во Вселенной
Международная команда астрономов обнаружила самую далекую из подтвержденных черных дыр. Она и ее галактика, CAPERS-LRD-z9, существовали всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Это означает, что мы видим их такими, какими они были 13,3 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял лишь 3% от нынешнего.
Открытие, описанное на страницах The Astrophysical Journal, дает уникальную возможность изучить структуру и эволюцию той загадочной эпохи.
«В поисках черных дыр это практически предел того, куда мы можем заглянуть. Мы действительно испытываем границы возможностей современных технологий», — говорит руководивший исследованием Энтони Тейлор из Центра космических рубежей Техасского университета в Остине.
«Хотя астрономы находили несколько более далеких кандидатов, им еще не удавалось обнаружить четкий спектроскопический сигнал, характерный для черной дыры», — уточняет соавтор статьи и директор Центра Стивен Финкельштейн.
Спектроскопия позволяет разложить свет на различные длины волн, чтобы изучить свойства объекта. Черные дыры выдают себя признаками быстро движущегося газа. Когда он, вращаясь, падает в нее, свет удаляющегося от нас вещества смещается к красной части спектра, а свет от газа, движущегося в нашу сторону, — в более синюю.
«Мало что еще может дать такой сигнал, — объясняет Тейлор. — И эта галактика его испускает!»
В основу исследования легли данные программы CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), использующей инфракрасный спектрометр NIRSpec в режиме PRISM.
«Первая цель CAPERS — подтвердить и исследовать самые далекие галактики. Спектроскопия JWST — ключ к определению их расстояний и пониманию их физических свойств», — подчеркивает соавтор статьи и руководитель команды CAPERS Марк Дикинсон.
Изначально CAPERS-LRD-z9 выглядела как любопытная точка на снимках, но оказалась представителем нового класса галактик — маленьких красных точек. Они существуют только в первые 1,5 миллиарда лет жизни Вселенной, отличаются компактностью, красным цветом и неожиданно высокой яркостью.
«Открытие маленьких красных точек стало большим сюрпризом в ранних данных JWST, поскольку они совершенно не похожи на галактики, наблюдаемые телескопом "Хаббл". Сейчас мы как раз пытаемся понять, что они из себя представляют и как образовались», — рассказывает Финкельштейн.
CAPERS-LRD-z9 может помочь астрономам в этом разобраться. Она объясняет неожиданную яркость маленьких красных точек, в которых еще нет изобилия звезд, которые бы ее давали.
Кроме того, появляются основания для предположений об оттенке маленьких красных точек — его может давать плотное облако газа вокруг черной дыры, которое смещает ее свет в красную часть спектра.
«Мы видели такие облака в других галактиках. Когда мы сравнили этот объект с ними, совпадение было поразительным», — признается Тейлор.
Еще одна особенность этой черной дыры — ее невероятная масса. Она может достигать 300 миллионов масс Солнца — даже среди сверхмассивных черных дыр это гигант.
Обнаружение такой большой черной дыры в ранней Вселенной дает астрономам ценный шанс изучить, как эти объекты формировались. Черные дыры более поздних эпох могли наращивать массу разными способами, но в первые сотни миллионов лет эти возможности были ограничены.
«Это подтверждает растущие доказательства того, что ранние черные дыры росли гораздо быстрее, чем мы считали возможным. Либо они изначально были намного массивнее, чем предсказывают наши модели», — говорит Финкельштейн.
Наблюдения за CAPERS-LRD-z9 с помощью JWST будут продолжены.
«Это отличный объект для изучения. До недавнего времени мы не могли исследовать эволюцию ранних черных дыр, и нам не терпится узнать, что еще откроет этот уникальный объект», — заключил Тейлор.