«Космический пепел»: телескоп Джеймса Уэбба нашел самую далекую спящую черную дыру

Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил самую далекую из известных науке спящих черных дыр. Космический монстр скрывается в галактике, удаленной от Земли более чем на 10 миллиардов световых лет.

Согласно исследованию, опубликованному в четверг (4 июня) в журнале Science, заново проанализированная черная дыра, расположенная в галактике под названием MRG-M0138, побивает предыдущий рекорд дальности для подобного объекта в 15 раз. Изучение таких черных дыр, сформировавшихся на заре 13,8-миллиардной истории Вселенной, даст ученым беспрецедентную возможность увидеть, как черные дыры эволюционировали в эпоху космической молодости.

Внутри MRG-M0138, как предполагают астрономы, когда-то существовал квазар — чрезвычайно яркая и сверхмассивная черная дыра, которая росла очень быстро, в итоге выбросив значительное количество газа, необходимого для формирования новых звезд. Этот процесс стремительно остановил звездообразование в галактике, лишив черную дыру источника топлива и, вероятно, объясняя, почему сегодня этот регион выглядит таким «тихим».

Когда звезды гаснут

Ученых чрезвычайно интересует, насколько быстро прекращается звездообразование в столь древних галактиках. К счастью, MRG-M0138 — лишь часть более обширного набора данных о галактиках ранней Вселенной, собранных в ходе наблюдений «Джеймса Уэбба». За последний год исследовательская группа изучила с помощью телескопа еще четыре далекие галактики, усиленные гравитационным линзированием, и анализ этих данных продолжается.

«В то время как звезды в MRG-M0138 древние, в других галактиках, которые мы недавно наблюдали с JWST, звездообразование прекратилось значительно позже, — рассказал Live Science ведущий автор исследования Эндрю Ньюман, научный сотрудник Института Карнеги в Калифорнии. — Они подобны уголькам, изучая которые мы можем понять, что погасило огонь». Ньюман намекнул и на будущее направление поисков: «В частности, мы ищем признаки газа, который был выброшен из галактики черной дырой более активной, чем та, что находится в MRG-M0138».

Взвесить невидимое

Помимо последовательности звездообразования в MRG-M0138, исследователи также определили массу ее черной дыры — она примерно в шесть миллиардов раз превышает массу Солнца. Произвести такое измерение было непросто: поскольку черная дыра в MRG-M0138 находится в спящем состоянии и не взаимодействует с окружающим газом, она невидима во всех диапазонах длин волн. Чтобы «взвесить» космического монстра, потребовалось перепрофилировать методику, основанную на движении звезд и обычно применяемую в галактиках, расположенных гораздо ближе к Земле.

Чтобы отследить движение звезд, вращающихся вокруг черной дыры, команда воспользовалась природным увеличительным стеклом — гравитационным линзированием. Между MRG-M0138 и Землей находится другая галактика, гравитация которой настолько мощна, что искривляет свет объектов позади нее, многократно усиливая изображение. Эта линза сделала изображение MRG-M0138 примерно в 30 раз крупнее того, что было бы видно в обычных условиях, позволив исследователям отследить звезды, кружащиеся вокруг черной дыры. Затем команда проанализировала движение звезд, определила их скорости и разницу в движении между более близкими и более далекими от черной дыры светилами, чтобы в итоге вычислить ее массу.

Охота на «космический пепел» продолжается

«Продемонстрировав осуществимость такой методики для галактик в ранней Вселенной, мы теперь можем провести более полную перепись того, как черные дыры развиваются с течением времени, и сделать выводы об их роли в формировании галактической эволюции», — заявил старший автор исследования Ричард Эллис, профессор астрофизики из Университетского колледжа Лондона.

Впрочем, для составления такой переписи потребуются и другие инструменты, поскольку «Джеймс Уэбб» предназначен для очень детального изучения небольших участков неба. Чтобы продвинуть исследование вперед, команда возлагает надежды на наблюдения гравитационно линзированных галактик с помощью широкоугольного телескопа «Евклид», а также на будущий космический телескоп Нэнси Грейс Роман, который оптимизирован для обзора обширных участков небосвода.

«Мы хотим найти больше подобных галактик — мест, где звездообразование остановилось в ранней Вселенной и которые усилены гравитационной линзой, — сказал Ньюман. — Нам нужны чувствительные инфракрасные снимки больших участков неба, чтобы обнаружить эти редкие объекты, и, к счастью, именно это обеспечивает телескоп «Евклид», а космический телескоп «Роман», запуск которого запланирован на конец этого года, вскоре предоставит их».

Источник: по материалам Live Science, публикации в журнале Science и заявлений Университетского колледжа Лондона.