Сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной, возможно, увеличивались в массе и сближались быстрее, чем считают отдельные модели. В одной далекой галактике астрономы нашли три черные дыры, которые активно поглощают материю. Два объекта находятся рядом друг с другом и, как предполагается, через какое-то время сольются; третий же удален от центра на заметное расстояние. Что именно эта находка сообщила о росте черных дыр в ранней Вселенной, рассказывается в материале «Известий».
Три объекта в одной галактикеИсследовательская группа, которую возглавляют специалисты Института внеземной физики Общества Макса Планка, выявила три активные сверхмассивные черные дыры в галактике J0148-4214. Итоги работы представлены в журнале Astronomy & Astrophysics. От Земли эта галактика удалена более чем на 12,5 млрд световых лет, так что ученые видят ее в состоянии, которое было примерно через 1,2 млрд лет после Большого взрыва.
В центральной части галактики две черные дыры разделяет расстояние примерно в 620 световых лет. Третий объект лежит гораздо дальше — около 5,5 тыс. световых лет от центра. Все три объекта интенсивно поглощают окружающее вещество, формирующее вращающиеся вокруг них диски.
Ханна Юблер, руководитель исследовательской группы Института внеземной физики Общества Макса Планка и ведущий автор работы
Разные массы и скорость ростаЭто первое свидетельство существования трех активных черных дыр в одной галактике в далекой Вселенной.
Согласно оценкам исследователей, самая крупная черная дыра имеет массу около 80 млн масс Солнца. Два других объекта заметно меньше: их масса составляет примерно 600 тыс. и 2 млн масс Солнца. При этом наибольшая черная дыра не стала самой быстрорастущей.
Активнее всего вещество поглощает объект, масса которого близка к 600 тыс. Солнц. Как считают ученые, темп его роста выше предела Эддингтона — теоретического предела скорости аккреции, то есть притока вещества на черную дыру, в стандартных моделях. Подобное поведение способно помочь понять, как отдельные черные дыры приобрели огромные размеры на ранних стадиях существования Вселенной.
Джованни Маццолари, исследователь Института внеземной физики Общества Макса Планка и соавтор исследования
Как астрономы нашли черные дырыДанные космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволили нам не только обнаружить три черные дыры, но и оценить их массы, скорость аккреции и звездную массу галактики. Мы обнаружили, что общая звездная масса составляет около 1,3 млрд солнечных масс, и черные дыры составляют значительную ее часть.
Черные дыры нельзя наблюдать напрямую, поэтому исследователи проанализировали излучение водорода в этой галактике. Из-за мощной гравитации газ рядом с черными дырами перемещается с очень высокой скоростью и оставляет характерные следы в спектре света. В центральной части J0148-4214 ученые выявили сложную картину излучения, которую наиболее убедительно объясняло наличие двух расположенных рядом объектов, а не одного.
Наблюдения выполнили при помощи космического телескопа «Джеймс Уэбб» и его инструмента, который работает в режиме интегральной спектроскопии поля. Это дало возможность выяснить, как свойства света изменяются в различных участках галактики, хотя два центральных объекта и нельзя было различить как отдельные точки.
Как отмечают исследователи, без столь детального анализа астрономы могли бы счесть излучение всех трех черных дыр сигналом одного объекта. По мнению авторов, иные далекие галактики тоже способны скрывать несколько растущих черных дыр, которые до сих пор не обнаружены.
Возможное слияниеСогласно данным ученых, две черные дыры в центральной части галактики способны слиться за следующие несколько сотен миллионов лет. В итоге появится более массивный объект. Такие слияния могли быть важны для быстрого роста черных дыр в ранней Вселенной, когда на формирование космических гигантов отводилось сравнительно мало времени.
Роберто Майолино, профессор Кембриджского университета и соавтор исследования
Эти результаты чрезвычайно интересны. Они указывают на то, что слияния черных дыр могли стать дополнительным быстрым путем их роста в ранней Вселенной.
Откуда взялась третья черная дыра, пока неясно. Одна из гипотез предполагает, что она оказалась на окраине галактики в результате предыдущего слияния: если гравитационные волны при подобном событии излучаются неравномерно, возникшая черная дыра может получить импульс и уйти от центра. По другой версии, объект постепенно приближается к центральной области и в будущем способен взаимодействовать с двумя другими черными дырами.
По мнению авторов работы, поиск аналогичных систем способен восстановить историю слияний черных дыр и помочь лучше понять, как сверхмассивные объекты успели появиться на ранних этапах существования Вселенной. Пока же неизвестно, как часто подобные системы встречаются в далеких галактиках.