Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил «чрезвычайно красную» сверхмассивную черную дыру

На иллюстрации показана экстремальная красная сверхмассивная черная дыра в ранней Вселенной. (Изображение предоставлено: Роберт Ли (создано с помощью Canva)) Lea

Найденная сверхмассивная черная дыра в 40 миллионов раз массивнее Солнца и питает квазар, существовавший через 700 миллионов лет после Большого взрыва.

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы нашли "чрезвычайно красную" сверхмассивную черную дыру, которая появилась в ранней Вселенной, пишет Space.com.

Астрономы увидели сверхмассивную черную дыру такой, какой она была спустя 700 млн лет после Большого взрыва. Ее красный оттенок является результатом расширения Вселенной. Поскольку Вселенная расширяется во всех направлениях, свет, движущийся к нам, «смещается в красную сторону», и смещённый в красную сторону свет в данном случае указывает на покров из плотного газа и пыли, окутывающий чёрную дыру.

Изучая данные JWST, группа астрономов под руководством Лукаса Фуртака и Ади Зитрина из Университета Бен-Гуриона в Негеве также смогла определить массу сверхмассивной черной дыры. Она примерно в 40 миллионов раз превышает массу Солнца и является неожиданно массивной по сравнению с галактикой, в которой она находится.

Также ученые выяснили, что сверхмассивная черная дыра находится примерно в 12,9 млрд световых лет от Земли. Она быстро поглощает газ и пыль вокруг себя, а значит продолжает расти.

"Во время анализа данных от JWST три очень компактных, но красных объекта заметно выделялись и привлекли наше внимание. Их вид в виде «красной точки» сразу же заставил нас заподозрить, что это объект, похожий на квазар», — сказал Фуртак в своем заявлении.

«Три красные точки»

Квазары создаются, когда сверхмассивные черные дыры, подобные этой, окружаются обильным количеством материи. Эта материя образует диск газа и пыли, называемый аккреционным диском, который постепенно питает черную дыру. Огромное гравитационное влияние черной дыры перемешивает эту материю, разогревая ее до высоких температур и заставляя ее светиться.

Кроме того, материя, которая не попадает в сверхмассивную черную дыру, направляется к полюсам космического монстра. Частицы в этих областях ускоряются до скоростей, приближающихся к скорости света, образуя высококоллимированные струи. Когда эти релятивистские джеты взрываются, извержения сопровождаются яркими электромагнитными излучениями. В результате этих явлений квазары, питаемые сверхмассивными черными дырами в активных ядрах галактик (АЯГ), часто настолько яркие, что излучаемый ими свет часто затмевает совокупный свет каждой звезды в галактике, которая их окружает.

Огромное количество радиации, которую испускает обнаруженная сверхмассивная черная дыра, привело к тому, что по данным телескопа она выглядела как сразу несколько точек.

«Анализ цветов объекта показал, что это не типичная звездообразующая галактика. Это еще раз подтвердило гипотезу сверхмассивной черной дыры», — говорится в заявлении Рэйчел Безансон из Питтсбургского университета и соруководитель программы UNCOVER. «С учетом ее компактных размеров стало очевидно, что это, скорее всего, сверхмассивная черная дыра, хотя она все же отличалась от других квазаров, обнаруженных в те ранние времена».

Ранний квазар не был бы виден даже мощным инфракрасным глазом JWST без небольшой помощи со стороны эффекта, предсказанного Альбертом Эйнштейном в 1915 году.

В этом случае JWST использовал скопление галактик под названием Abell 2744 в качестве линзирующего тела на переднем плане для усиления света от галактик на заднем плане, которые в противном случае были бы слишком далеки, чтобы их можно было увидеть. Это выявило чрезвычайно красный квазар, на который они нацелились, первоначально имевший форму трех красных точек.

«Мы использовали численную модель линзирования, которую мы построили для скопления галактик, чтобы определить, что три красные точки должны быть несколькими изображениями одного и того же фонового источника, наблюдаемого, когда Вселенной было всего около 700 миллионов лет», — сказал Зитрин.

Представление художника о сверхмассивной черной дыре и ее мощной струе. Астрономы хотят знать, как эти объекты достигли огромной массы в ранней Вселенной.(Изображение предоставлено: С. Даньелло (NRAO/AUI/NSF))

Дальнейший анализ источника фона показал, что его свет, должно быть, исходил из компактной области.

«Весь свет этой галактики должен уместиться в крошечной области размером с современное звездное скопление. Увеличение источника гравитационным линзированием дало нам четкие ограничения на размер», — сказала член команды и исследователь Принстонского университета Дженни Грин в своем докладе. заявление. «Даже упаковав все возможные звезды в такую ​​маленькую область, черная дыра в конечном итоге составит не менее 1% от общей массы системы».

Это открытие еще больше усугубляет загадку того, как сверхмассивные черные дыры, которые могут быть в миллионы (или даже миллиарды) раз массивнее Солнца, выросли до таких огромных размеров в период зарождения Вселенной.

«Теперь обнаружено, что несколько других сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной демонстрируют аналогичное поведение, что приводит к некоторым интригующим взглядам на рост черной дыры и родительской галактики, а также на взаимодействие между ними, которое еще не до конца изучено», — сказал Грин.

JWST с течением времени обнаружил множество «маленьких красных точек». Это также может указывать на то, что в ранней Вселенной питались сверхмассивные квазары, питаемые черными дырами, а это, возможно, означает, что поразительная загадка роста черных дыр вскоре может быть решена.

«В каком-то смысле это астрофизический эквивалент проблемы курицы и яйца», — заключил Зитрин. «В настоящее время мы не знаем, что появилось раньше — галактика или черная дыра, насколько массивными были первые черные дыры и как они росли».

Исследование команды было опубликовано в журнале Nature.