Впервые в одной галактике обнаружены три сверхмассивные черные дыры

В галактике, расположенной в 12,5 миллиардах световых лет от нас, международная команда астрономов во главе с Институтом внеземной физики имени Макса Планка совершила уникальное открытие. С помощью космического телескопа Джеймс Уэбб исследователи впервые обнаружили сразу три активно растущие сверхмассивные черные дыры в одной галактике, известной как J0148-4214. Это открытие, о котором рассказала ведущий автор Ханна Юблер, представляет собой первое прямое свидетельство существования системы из трех черных дыр в столь далекой и молодой Вселенной, возраст которой на тот момент составлял всего 1,2 миллиарда лет.

Чтобы представить себе масштаб, нужно вспомнить, что свет от этой галактики шел к нам более 12,5 миллиардов лет, поэтому мы видим ее в том состоянии, в котором она находилась, когда Вселенная была совсем юной. Галактика удаляется от нас с огромной скоростью из-за расширения пространства, и ее свет сместился в красную область спектра. Именно это красное смещение позволило ученым вычислить огромное расстояние до нее.

В центре этого далекого звездного скопления скрываются три гигантских черных дыры, каждая из которых активно поглощает окружающее вещество. Их массы сильно различаются: самая большая дыра весит примерно 80 миллионов солнечных масс, тогда как две другие значительно скромнее, около 600 тысяч и 2 миллионов масс нашего Солнца. При этом две из них находятся в самом сердце галактики на расстоянии всего 620 световых лет друг от друга, что по космическим меркам является тесным соседством, а третья расположена дальше, примерно в 5500 световых лет от центра.

Секрет этого открытия кроется в уникальной методике, которую применили ученые. Черные дыры сами по себе невидимы, но их можно обнаружить по светящимся облакам раскаленного газа и пыли, которые падают на них. Используя спектрограф на борту телескопа Уэбба, астрономы смогли разложить свет от галактики на составляющие и изучить спектральные линии водорода. Эти линии показали, что в центре галактики газ движется с чудовищными скоростями, характерными для гравитационного влияния сразу нескольких массивных объектов.

Поскольку даже мощный телескоп не мог увидеть три черные дыры по отдельности как яркие точки, исследователи применили хитрую технику спектроастрометрии, которая позволила измерить мельчайшие пространственные смещения излучения. Благодаря этому они не только «разделили» два центральных источника, но и независимо нашли третий, расположенный на периферии, который бы просто затерялся в общем свете при обычном наблюдении.

Особый интерес для науки представляет то, как быстро растут эти космические монстры. Оказалось, что одна из черных дыр, несмотря на свои скромные размеры, поглощает материю с такой скоростью, что даже превышает теоретический предел Эддингтона, который считался критическим для роста. Это означает, что в ранней Вселенной черные дыры могли набирать массу гораздо быстрее, чем предполагалось ранее. Более того, общая масса всех звезд в галактике составляет около 1,3 миллиарда солнечных масс, и черные дыры вносят в эту картину весьма значительный вклад. Ученые полагают, что такая необычная конфигурация из трех дыр является прямым следствием бурных процессов в молодой Вселенной, когда галактики постоянно сталкивались и сливались друг с другом, а вместе с ними сливались и их центральные черные дыры.

Ключевой вывод этого исследования заключается в том, что перед нами предстает живое свидетельство эволюции космоса. Находящаяся в стороне третья черная дыра, вероятно, является «осколком» прошлого слияния: она могла быть отброшена в сторону мощным гравитационным импульсом или сейчас медленно мигрирует обратно к центру. Что касается пары в центре галактики, то, по расчетам ученых, они должны столкнуться и слиться воедино в течение ближайших нескольких сотен миллионов лет.

Это открытие не только подтверждает теории о том, что слияния были главным механизмом быстрого роста сверхмассивных черных дыр, но и дает астрономам ценнейшую информацию для будущих экспериментов. Уже сейчас понятно, что именно такие системы станут идеальными целями для новых обсерваторий гравитационных волн, которые смогут «услышать» финальную стадию слияния этих гигантов.

В итоге, обнаружение трех сверхмассивных черных дыр в одной далекой галактике стало настоящим прорывом, показавшим, как сложно и динамично протекали процессы в ранней Вселенной. Исследование улучшает наше понимание темпов роста черных дыр и доказывает, что интегральная спектроскопия является незаменимым инструментом для поиска множественных активных ядер в далеких галактиках. Без этого метода, позволяющего увидеть пространственное распределение света, астрономы заметили бы лишь одну из трех черных дыр, упустив из виду всю удивительную картину космической эволюции.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях