Уэбб обнаружил самое отдаленное на сегодняшний день слияние черных дыр

Показаны три панели, показывающие все уменьшающуюся область поля галактики PRIMER. На первом изображении показано большое поле галактик на черном фоне космоса. Второе изображение показывает меньшую область этого поля, показывая галактики более детально, представленные в различных формах и цветах. На окончательном изображении показана система галактик ZS7: излучение ионизированного водорода показано оранжевым цветом, а излучение дважды ионизованного кислорода — темно-красным. Автор: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, PG Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et al

Астрономы обнаружили сверхмассивные черные дыры с массами в миллионы и миллиарды раз больше солнечной в большинстве массивных галактик локальной вселенной, в том числе в нашей галактике Млечный Путь. Эти черные дыры, вероятно, оказали серьезное влияние на эволюцию галактик, в которых они находятся. Однако ученые до сих пор не до конца понимают, как эти объекты стали такими массивными.

Обнаружение гигантских черных дыр, уже существовавших в первый миллиард лет после Большого взрыва, указывает на то, что такой рост должен был произойти очень быстро и очень рано. Теперь космический телескоп Джеймса Уэбба проливает новый свет на рост черных дыр в ранней Вселенной.

Новые наблюдения Уэбба предоставили доказательства продолжающегося слияния двух галактик и их массивных черных дыр, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Система известна как ZS7. Исследование опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.

Массивные черные дыры, активно аккрецирующие материю, обладают отличительными спектрографическими особенностями, которые позволяют астрономам идентифицировать их. Для очень далеких галактик, подобных тем, которые рассматриваются в этом исследовании, эти сигнатуры недоступны с земли, и их можно увидеть только с помощью Уэбба.

«Мы обнаружили доказательства существования очень плотного газа с быстрыми движениями вблизи черной дыры, а также горячего и сильно ионизированного газа, освещенного энергетическим излучением, обычно производимым черными дырами в периоды их аккреции», — объяснила ведущий автор исследования Ханна Юблер. Кембриджский университет в Великобритании «Благодаря беспрецедентной четкости изображений Уэбб также позволил нашей команде пространственно разделить две черные дыры».

Команда обнаружила, что масса одной из двух черных дыр в 50 миллионов раз превышает массу Солнца. «Масса другой черной дыры, вероятно, аналогична, хотя ее гораздо сложнее измерить, потому что эта вторая черная дыра похоронена в плотном газе», — объяснил член команды Роберто Майолино из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона в Соединенном Королевстве.

«Наши результаты показывают, что слияние — это важный путь, по которому черные дыры могут быстро расти, даже на космическом рассвете», — объяснил Юблер. «Вместе с другими открытиями Уэбба об активных массивных черных дырах в далекой Вселенной наши результаты также показывают, что массивные черные дыры с самого начала определяли эволюцию галактик».

«Звездная масса системы, которую мы изучали, аналогична массе нашего соседа, Большого Магелланова Облака», — рассказал член группы Пабло Г. Перес-Гонсалес из Центра астробиологии (CAB), CSIC/INTA в Испании. «Мы можем попытаться представить, как могло бы повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если бы в каждой галактике была одна сверхмассивная черная дыра такого же размера или больше, чем та, что есть в Млечном Пути».

На этом изображении показана окружающая среда системы галактик ZS7 из программы JWST PRIMER (PI: J. Dunlop), как видно с помощью инструмента NIRCam Уэбба. Автор: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, PG Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et al

Команда также отмечает, что как только две черные дыры сольются, они также начнут генерировать гравитационные волны. Подобные события можно будет обнаружить с помощью следующего поколения обсерваторий гравитационных волн, таких как предстоящая миссия «Космическая антенна с лазерным интерферометром» (LISA), которая недавно была одобрена Европейским космическим агентством и станет первой космической обсерваторией, занимающейся изучением гравитационных волн. волны.

«Результаты Уэбба говорят нам, что более легкие системы, обнаруживаемые с помощью LISA, должны встречаться гораздо чаще, чем предполагалось ранее», — сказала ведущий научный сотрудник проекта LISA Нора Лютцгендорф из Европейского космического агентства в Нидерландах. «Скорее всего, это заставит нас скорректировать наши модели для ставок LISA в этом массовом диапазоне. Это только верхушка айсберга».

Это открытие было сделано в результате наблюдений, сделанных в рамках Галактической Ассамблеи с помощью программы интегральной полевой спектроскопии NIRSpec. Недавно команда получила новую большую программу третьего цикла наблюдений Уэбба, призванную детально изучить взаимосвязь между массивными черными дырами и их родительскими галактиками в течение первого миллиарда лет.

Важным компонентом этой программы будет систематический поиск и характеристика слияний черных дыр. Эти усилия определят скорость, с которой происходит слияние черных дыр в ранние космические эпохи, а также оценят роль слияния в раннем росте черных дыр и скорость, с которой гравитационные волны производятся с незапамятных времен.

Больше информации: Hannah Übler et al, GA-NIFS: JWST discovers an offset AGN 740 million years after the big bang, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae943