JWST обнаружил переходную стадию в эволюции сверхмассивных черных дыр

Космический телескоп James Webb (JWST) открыл два уникальных объекта, которые являются «недостающим звеном» в эволюции активных ядер галактик. Эти объекты, названные Forge I и Forge II, застигнуты в момент перехода от загадочных «маленьких красных точек» к полноценным квазарам. Открытие проливает свет на ранние и быстрые этапы роста сверхмассивных черных дыр.

«Маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRD) — новый класс компактных объектов, обнаруженный JWST. Они отличаются характерным V-образным спектром и часто содержат активные ядра галактик, но при этом в них почти нет рентгеновского и радиоизлучения, типичного для обычных квазаров. Считается, что это молодые черные дыры, скрытые плотным газовым коконом.

Объекты Forge I и Forge II, находящиеся на красном смещении z ≈ 2.9, сочетают в себе черты обеих популяций. С одной стороны, они обладают всеми ключевыми признаками «маленьких красных точек»: V-образным спектром, компактными размерами и сильными линиями поглощения гелия. С другой стороны, они демонстрируют мощное рентгеновское, радио- и инфракрасное излучение, которое в десятки раз интенсивнее, чем у известных ранее LRD. У Forge II также обнаружена рентгеновская линия железа Fe Kα — неоспоримая «подпись» зрелого активного ядра.

Ученые интерпретируют эту двойственность как признак переходной фазы. Плотный газовый кокон, который тысячелетия скрывал молодую черную дыру, начинает рассеиваться под давлением мощного излучения и потоков вещества от самой черной дыры или из-за роста её массы. Это позволяет высокоэнергетическим рентгеновским лучам и радиоизлучению прорываться наружу. Параллельно в системе начинает формироваться пылевой тор — структура, характерная для классических квазаров.

Массы черных дыр в объектах Forge оцениваются в сотни миллионов масс Солнца, что уже сопоставимо с массами черных дыр в более поздних квазарах. При этом их галактики-хозяева имеют умеренные звездные массы и темпы звездообразования, типичные для своей эпохи (около 3 миллиардов лет после Большого взрыва).

Анализ данных обзора COSMOS-3D показывает, что примерно 30% «маленьких красных точек» в эту эпоху могут находиться в подобной короткоживущей переходной стадии. Это открытие впервые предоставляет прямое наблюдательное свидетельство эволюционной связи между загадочными компактными объектами ранней Вселенной и мощными квазарами, формируя целостную картину роста сверхмассивных черных дыр.