В одной далёкой галактике впервые обнаружили сразу три сверхмассивные чёрные дыры
Международная группа астрономов под руководством Института внеземной физики Общества Макса Планка впервые обнаружила сразу три активно поглощающие вещество массивные чёрные дыры в одной галактике. Объект J0148-4214 находится на расстоянии более 12,5 миллиарда световых лет от Земли, поэтому астрономы наблюдают его таким, каким он был примерно через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва.
Две чёрные дыры расположены в центральной области галактики и находятся друг от друга всего примерно в 620 световых годах. Третья находится на окраине галактики, примерно в 5500 световых годах от её центра.
Обнаружить объекты удалось по спектральным характеристикам водорода. Газ вокруг чёрных дыр движется с огромными скоростями под действием их гравитации, оставляя характерные следы в спектре. В центральной области сложная структура спектра указывала на наличие двух источников.
Чтобы разделить их, исследователи использовали спектроастрометрию — метод, позволяющий определять небольшие пространственные смещения спектральных линий. Благодаря этому учёные смогли определить положение двух центральных чёрных дыр, хотя напрямую различить их как отдельные объекты невозможно. Третий объект обнаружили в удалённой от центра части галактики.
По расчётам, масса самой крупной чёрной дыры составляет около 80 миллионов масс Солнца. Две другие имеют массу примерно 600 тысяч и 2 миллионов масс Солнца. При этом наиболее массивная чёрная дыра поглощает вещество медленнее, чем соседняя чёрная дыра массой 600 тысяч Солнц. Последняя активно питается и даже превышает максимальную скорость аккреции, которую допускают простейшие модели роста чёрных дыр, известные как предел Эддингтона.
Наблюдения также показали, что общая масса звёзд в галактике составляет около 1,3 миллиарда масс Солнца. Таким образом, чёрные дыры составляют значительную часть её массы.
Исследователи предполагают, что две центральные чёрные дыры могут слиться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. Их существование показывает, что в ранней Вселенной процессы сближения и слияния галактик могли эффективно сводить массивные чёрные дыры вместе и ускорять их рост.
Происхождение третьей чёрной дыры пока остаётся неизвестным. Она может быть остатком предыдущего слияния, смещённым от центра из-за гравитационного импульса, возникшего после слияния, либо постепенно перемещаться к центру галактики.
Ключевую роль в открытии сыграли наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» с помощью спектрографа NIRSpec-IFS. Исследователи отмечают, что без пространственно разрешённых спектральных данных, которые предоставляет этот инструмент, вероятнее всего, удалось бы обнаружить только одну из трёх чёрных дыр.
Открытие показывает, что спектроскопия с интегральным полем может стать важным методом поиска нескольких активно растущих чёрных дыр в далёких галактиках. Такие системы также представляют интерес для будущих исследований гравитационных волн, поскольку слияния массивных чёрных дыр должны быть источниками таких сигналов.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.