Телескоп Джеймс Уэбб нашел непомерно большие черные дыры там, где их быть не должно

Космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) совершил новое открытие, которое ставит под сомнение существующие теории формирования галактик и черных дыр. Астрономы обнаружили неожиданно массивные черные дыры в центрах двух карликовых галактик, чья масса значительно превышает теоретически предсказуемое соотношение между массой черной дыры и массой самой галактики.

Хотя сверхмассивные черные дыры часто называют «якорями» их родных галактик, реальные данные показывают, что на их долю приходится лишь от 0,1 до 0,5 процента массы галактики. Предыдущие глубокие инфракрасные наблюдения JWST уже продемонстрировали, что сверхмассивные черные дыры могут вырастать далеко за пределы этого размера в ранней Вселенной, однако это первый случай, когда подобный феномен выявлен в более современных галактиках на промежуточных космологических расстояниях. Проще говоря, обнаружение черных дыр такого размера в столь ранние периоды существования Вселенной представляет собой открытие, которое бросает вызов нашему пониманию формирования черных дыр во взаимосвязи с галактиками.

Исследование, проведенное под руководством аспиранта Института науки и технологий Австрии Эдуардо Яни, в настоящее время доступно в виде препринта на arXiv и ожидает публикации в журнале Astronomy & Astrophysics. Галактики, о которых идет речь, получившие названия Пелиас и Нелей, демонстрируют необычное спектральное распределение энергии. Когда изображения обрабатываются с помощью приборов NIRISS и NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб, галактики выглядят довольно голубыми, что указывает на малое количество пыли и наличие молодых ионизирующих звезд. Однако прибор MIRI того же телескопа рассказывает совершенно иную историю: вместо глубокого синего цвета, характерного для других наблюдений, он показывает большое количество инфракрасного излучения среднего диапазона, значительно превышающее то, которое должны производить их звездные массы. Авторы исследования предполагают, что за этими показателями, скорее всего, скрывается особый тип черной дыры — активное галактическое ядро.

Исследователи утверждают, что горячая пыль, связанная с активным галактическим ядром, подходит к данным JWST гораздо лучше, чем альтернативные объяснения, такие как местное звездное население или пыль, нагретая звездообразованием. Согласно их оценкам, эти черные дыры могут составлять до 60 процентов массы своих родительских галактик. Потенциально это указывает на то, что черные дыры сформировались первыми, а звездные массы накапливались позже, чтобы сформировать галактики. Кроме того, авторы отмечают, что Пелиас и Нелей имеют спектральное распределение энергии, сходное с таковым у загадочных «маленьких красных точек», которые озадачивают астрономов с тех пор, как JWST начал их обнаруживать. Возможно, эта пара галактик представляет собой объекты с меньшим красным смещением, похожие на «маленькие красные точки», когда пыль блокирует испускаемый свет в то время, как эти галактики все еще находятся в процессе формирования.

Еще более странным является то, что активные галактические ядра не излучают рентгеновские лучи, что они в норме должны делать. Исследователи предлагают два возможных объяснения этому: либо аккреция вещества является слабой в рентгеновском диапазоне, либо она сильно заслонена от точки зрения телескопа Джеймс Уэбб. Возможно, аккреция нарушает предел Эддингтона — максимальную скорость, с которой черные дыры, как предполагается, могут поглощать материю. Ранее уже было показано, что этот предел становится все более гибким по мере того, как JWST всматривается дальше во Вселенную. Многие случаи сверхэддингтоновской аккреции были выявлены в маломассивных галактиках, подобных Пелиасу и Нелею.

Фактически, Пелиас и Нелей входят в число самых маленьких галактик, в которых когда-либо наблюдались активные галактические ядра. Это соответствует соотношению массы черной дыры к массе галактики, поскольку сверхэддингтоновские фазы связаны с быстрым ранним ростом черных дыр, прежде всего в маломассивных галактиках. Однако исследователи предостерегают, что неопределенности в оценке массы черной дыры могут создавать ложное впечатление о сверхэддингтоновской фазе, когда на самом деле ее нет. Команда продолжит отслеживать данные с JWST и других платформ в поисках дополнительных примеров карликовых галактик, демонстрирующих подобное поведение. Рентгеновские телескопы, такие как рентгеновская обсерватория NASA «Чандра» и предстоящая миссия ESA Athena, будут иметь важнейшее значение для сбора данных. Только постоянное внимание и анализ покажут, являются ли эти две карликовые галактики истинными выбросами из общего правила или же представляют собой до сих пор неизвестный класс активных галактических ядер.