|
Две черные дыры, растущие быстрее своих галактик
|
|
|
|
Астрономы обнаружили две галактики ранней Вселенной, центральные черные дыры которых, по-видимому, росли намного быстрее, чем их родительские галактики. Наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) показывают, что черные дыры в этих галактиках, наблюдавшиеся всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва, значительно массивнее своих родительских галактик, в отличие от того, что астрономы видят в ближайшей Вселенной. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Не такие уж и мягкие гиганты
|
|
|
|
Астрономы давно обнаружили квазары — необычайно яркие галактики, питаемые аккрецирующими черными дырами массой в миллиарды солнечных масс, — в первые миллиарды лет существования Вселенной. Для того чтобы они существовали так рано, черные дыры должны были начинаться с размеров тяжелых семян и расти с максимально возможной скоростью на протяжении большей части своей жизни. Эти ранние чёрные дыры кажутся чрезмерно большими по сравнению с галактиками, в которых они находятся.
|
|
|
|
С другой стороны, когда телескоп JWST начал свою работу в 2022 году, он произвёл огромный фурор в астрономии, открыв поразительно большое количество зрелых галактик и чёрных дыр за первый миллиард лет существования Вселенной. Среди них были некоторые «сверхмассивные» чёрные дыры, весящие в миллиарды раз больше массы нашего Солнца, но редко достигающие массы ярких квазаров.
|
|
|
|
Астрономы предполагают, что некоторые из этих чёрных дыр, обнаруженных JWST, могут быть «недостающим звеном» между тяжёлыми зародышами ранней Вселенной и яркими квазарами, наблюдаемыми позже во Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы проверить эту идею, астрономы изучили два таких объекта, обнаруженных JWST, в новом исследовании, проведённом Роменом А. Мейером из Женевского университета. Они сообщили об открытии двух сверхъярких галактик COLA1 и NEPLA4, какими они были, когда Вселенной было всего 800 миллионов лет.
|
|
|
|
С помощью спектроскопии телескопа JWST астрономы обнаружили широкие линии излучения водорода в обеих галактиках. Эти спектральные линии являются характерным признаком быстрого вращения газа вокруг сверхмассивной черной дыры. Было обнаружено, что обе галактики излучают редкий двухпиковый сигнал типа света, называемого лайман-альфа — особенность, для которой необходима большая пузырь очищенного ионизированного газа, окружающего галактику.
|
|
|
|
Хотя эти черные дыры не так массивны, как черные дыры массой в миллиарды солнечных масс, питающие яркие квазары, их масса составляет 170–190 миллионов солнечных масс. Они также в 400–800 раз массивнее своих родительских галактик, чем то, что астрономы наблюдают в ближайшей Вселенной.
|
|
|
|
По словам исследователей, они относятся к числу самых массивных черных дыр, обнаруженных телескопом JWST, и заполняют пробел в массах черных дыр между традиционными категориями активно аккрецирующих черных дыр (также известных как активные галактические ядра), галактик и ярких квазаров на высоких красных смещениях. Это делает их сильными кандидатами на роль недостающего звена, которое искали астрономы.
|
|
|
|
Постквазарная фаза
|
|
|
|
Прослеживая историю их роста, астрономы обнаружили, что для того, чтобы стать ярким квазаром, эти черные дыры должны были питаться с почти максимально возможной скоростью, поскольку Вселенной было всего 180–270 миллионов лет. С другой стороны, большинство звезд галактик должны были образоваться примерно через 750 миллионов лет после Большого взрыва. Эти данные предполагают, что рост черных дыр в ранней Вселенной мог опережать формирование галактик.
|
|
|
|
Исследователи предполагают, что менее чем за миллион лет до нынешней фазы COLA1 и NEPLA4 эти черные дыры яростно поглощали энергию, будучи полноценными квазарами. Их излучение было достаточно мощным, чтобы вырезать большие ионизированные пузыри, что подтверждается наблюдениями двухпикового сигнала Лайман-альфа. Однако в наблюдаемой постквазарной фазе ситуация изменилась. Черные дыры находятся в спящем состоянии, поглощая энергию лишь со скоростью, составляющей долю от максимальной, в то время как галактики переживают интенсивный всплеск звездообразования.
|
|
|
|
Если это звездообразование продолжится без повторного прекращения, обе галактики постепенно нарастят достаточную звездную массу, чтобы привести свои огромные соотношения черных дыр к галактикам в соответствие с тем, что астрономы наблюдают в ближайшей Вселенной.
|
|
|
|
«Эта недавняя инверсия между массами звезд и черных дыр согласуется с высоким отношением масс черных дыр к массам звезд и, кроме того, подразумевает, что, если звездообразование не будет остановлено, COLA1 и NEPLA4 займут локальную позицию по отношению масс черных дыр и звезд на квазигоризонтальной траектории», — объясняют исследователи в своей статье.
|
|
|
|
Исследователи отмечают, что объединение JWST с мощными будущими наземными телескопами, такими как Чрезвычайно большой телескоп и Subaru, может позволить астрономам систематически находить больше объектов, подобных COLA1 и NEPLA4. Создание большей выборки поможет им лучше понять квазары и их галактики-хозяева, а также получить более точную картину активных и спящих фаз квазаров в первый миллиард лет космической истории.
|
|
|
|
Источник
|
