Аппараты "Джеймс Уэбб" и "Чандра" обнаружили самую удаленную черную дыру, когда-либо зафиксированную в рентгеновских лучах
Сверхмассивная черная дыра в центре галактики UHZ1, обнаруженная благодаря данным космического телескопа "Джеймс Уэбб" в сочетании с рентгеновскими данными обсерватории "Чандра", сформировалась уже через 470 млн. лет после Большого взрыва. Это самая удаленная черная дыра из когда-либо обнаруженных в рентгеновских лучах, относящаяся к тому времени, когда возраст Вселенной составлял всего около 3% от ее нынешнего возраста.
Открытие было сделано в рамках составного изображения, на котором видны десятки, казалось бы, крошечных небесных объектов. На нем представлено скопление галактик Abell 2744, снятое Уэббом в инфракрасном диапазоне. Эти белые, оранжевые и фиолетовые объекты на самом деле являются спиральными, эллиптическими галактиками и звездами. Многие из этих цветных зерен, по-видимому, плавают в фиолетовом облаке газа в центре изображения, на расстоянии около 3,5 млрд. световых лет от Земли.
Справа, на краю облака, находится крошечное оранжевое пятнышко. Это пятнышко, не принадлежащее скоплению, — галактика UHZ1, находящаяся на расстоянии 13,2 млрд. световых лет от Земли. Благодаря "Чандре" в ее центре удалось разглядеть сверхмассивную черную дыру, находящуюся на невиданной ранее начальной стадии роста: ее масса, в 10-100 млн. раз превышающая массу Солнца, аналогична массе галактики, в которой она находится.
Далекая черная дыра
Черная дыра в центре галактики UHZ1 лежит в том же направлении, что и скопление галактик Abell 2744, поэтому мы и видим ее на этом снимке. Однако скопление находится на расстоянии около 3,5 млрд. световых лет от Земли, а UHZ1, по данным "Уэбба", — на расстоянии около 13,2 млрд. световых лет.
В ходе двухнедельных наблюдений с помощью "Чандры" было продемонстрировано наличие в центре галактики перегретого газа с рентгеновским излучением, что является отличительным признаком растущей сверхмассивной черной дыры. Свет от галактики и рентгеновское излучение от газа вокруг ее сверхмассивной черной дыры усиливаются примерно в четыре раза за счет вмешательства материи в Abell 2744, обусловленного явлением гравитационного линзирования. Это усилило инфракрасный сигнал, обнаруженный "Уэббом", и позволило "Чандре" обнаружить слабый рентгеновский источник.
Группа астрономов собрала конкретные доказательства того, что черная дыра родилась со значительной массой, которая, по оценкам, в 10-100 млн. раз превышает массу Солнца. Эта оценка основана на яркости и энергии испускаемого рентгеновского излучения и представляет собой диапазон масс, даже сравнимый с массой галактики-хозяина. В отличие от черных дыр в ядрах ближайших галактик, которые обычно составляют лишь значительно меньшую часть общей массы галактики.
Почему это открытие так важно?
Важность этого открытия заключается в понимании процессов, приводящих к образованию сверхмассивных черных дыр. Фундаментальный вопрос заключается в том, возникают ли они непосредственно в результате коллапса огромных газовых облаков, порождающих черные дыры с массами, в десять тысяч — сто тысяч раз превышающими массу нашего Солнца, или же они возникают в результате взрывов первых звезд.
Значительная масса молодой черной дыры UHZ1, а также количество испускаемого рентгеновского излучения и яркость, обнаруженная "Уэббом", подтверждают теоретические предсказания, сделанные в 2017 году, о "сверхбольшой черной дыре", которая образовалась непосредственно в результате коллапса массивного газового облака. В настоящее время ведутся дальнейшие исследования по анализу именно этого космического объекта. И использование этих результатов (наряду с другими) для еще более глубокого понимания нашей Вселенной в самом ее начале.
Использованные данные Уэбба являются частью исследования под названием Ultradeep Nirspec and nirCam ObserVations before the Epoch of Reionisation (UNCOVER). Статья с объяснением полученных результатов, подготовленная членом группы UNCOVER Энди Гулдингом, опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters и доступна в препринт-версии. Статья, в которой сравниваются наблюдаемые свойства UHZ1 с теоретическими моделями галактик с большими черными дырами, находится на стадии рассмотрения, а ее препринт доступен .