Сверхмассивные черные дыры появились в молодой Вселенной

Астрономы Массачусетского технологического института наблюдали неуловимый звездный свет, окружающий некоторые из самых ранних квазаров во Вселенной. Отдаленные сигналы, которые прослеживаются более чем за 13 миллиардов лет до зарождения Вселенной, открывают ключ к разгадке того, как развивались самые первые черные дыры и галактики.

Сверхмассивные черные дыры — это самый крупный тип черных дыр, при этом их масса может доходить до нескольких миллионов, или даже миллиардов масс Солнца.

Сверхмассивные черные дыры играют центральную роль в динамике и эволюции галактик. Почти в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра, которая может составлять небольшую часть массы галактики. И хотя уже много известно об этих гравитационных монстрах, остается один важный вопрос: как сверхмассивные черные дыры так быстро набрали свою массу?

Большая часть того, что известно о ранних черных дырах, исходит от квазаров. Они возникают, когда сверхмассивные черные дыры находятся в чрезвычайно активной фазе, поглощая огромное количество материи и излучая интенсивный свет, который можно увидеть по всей Вселенной.

Наблюдения космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) и других обсерваторий показали квазары, которые существовали еще 13 миллиардов лет назад, а это означает, что они уже были большими и активными всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Но эти астрономические объекты также представляют собой проблему для наблюдения. Ранние квазары настолько яркие, что значительно затмевают свою родительскую галактику, что затрудняет наблюдение за окружением ранних квазаров. Но новое исследование, опубликованное в «Астрофизическом журнале», использовало спектральный трюк, чтобы увидеть эти далекие галактики.

Астрономы собрали данные JWST о шести далеких квазарах, которые, как известно, находятся на расстоянии около 13 миллиардов световых лет от нас. Поскольку квазары наблюдались в диапазоне длин волн, команда ученых затем сравнила свет с модельными квазарами и смогла классифицировать, какие длины волн, вероятно, исходят от компактного источника — квазара, а какие от галактики, окружающей его. Отфильтровав свет квазаров, они получили первые изображения далеких галактик, в которых обитают эти древние квазары.

Поскольку яркость каждого источника света связана с его массой, астрономы смогли сравнить массу квазара с массой его родительской галактики. Полученный результат оказался неожиданным.

В этих ранних галактиках масса сверхмассивной черной дыры составляет около 10% массы галактики. Это намного больше, чем соотношение масс, наблюдаемое в местных галактиках, где сверхмассивные черные дыры могут составлять всего лишь десятую долю процента массы галактики.

Вероятно, это означает, что ранние сверхмассивные черные дыры росли чрезвычайно быстро и могли даже быть зародышами своих галактик. Наблюдения противоречат идее о том, что ранние галактики сформировались первыми, а их черные дыры сформировались уже позже.

Астрономы до сих пор не знают, как сверхмассивные черные дыры так быстро образовались в ранней Вселенной, но теперь ясно, что так оно и было. Отвечая на один вопрос об эволюции сверхмассивных черных дыр, ученые подняли несколько других вопросов.