Обнаружена самая ранняя подтверждённая чёрная дыра во Вселенной

Художественное изображение галактики CAPERS-LRD-z9, в которой находится самая ранняя подтверждённая чёрная дыра. Сверхмассивная чёрная дыра в её центре, предположительно, окружена плотным облаком газа, придающим галактике характерный красный цвет. Автор: Эрик Зумальт / Университет Техаса в Остине

Международная команда астрономов под руководством Центра космических исследований Университета Техаса в Остине обнаружила самую далёкую из подтверждённых чёрных дыр. Она и её галактика CAPERS-LRD-z9 существовали всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва — 13,3 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял лишь 3% от нынешнего. Это открытие даёт уникальную возможность изучить структуру и эволюцию той загадочной эпохи.

«При поиске чёрных дыр это практически предел того, как далеко мы можем заглянуть. Мы действительно проверяем границы возможностей современных технологий», — заявил Энтони Тейлор, постдокторант Центра космических исследований и руководитель команды, совершившей открытие.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.

«Хотя астрономы находили несколько более далёких кандидатов, — добавил соавтор статьи и директор Центра Стивен Финкельштейн, — им ещё не удавалось обнаружить чёткий спектроскопический сигнал, характерный для чёрной дыры».

Спектроскопия позволяет астрономам разделять свет на различные длины волн для изучения характеристик объекта. Для идентификации чёрных дыр они ищут признаки быстро движущегося газа. Когда газ вращается и падает в чёрную дыру, свет от газа, удаляющегося от нас, растягивается в более красные длины волн, а свет от приближающегося газа сжимается в более синие.

«Мало что ещё может создать такой сигнал, — пояснил Тейлор. — И эта галактика его имеет».

Команда использовала данные программы CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), запущенного в 2021 году. JWST предоставляет самые дальние из доступных наблюдений космоса, а CAPERS изучает самые отдалённые его регионы.

«Первая цель CAPERS — подтвердить и изучить самые далёкие галактики, — отметил соавтор статьи и руководитель программы CAPERS Марк Дикинсон. — Спектроскопия JWST — ключ к подтверждению их расстояний и пониманию их физических свойств».

Изначально CAPERS-LRD-z9 казалась просто интересной точкой на снимках, но оказалась частью нового класса галактик — «Маленьких красных точек» (Little Red Dots). Эти компактные, красные и неожиданно яркие галактики существовали только в первые 1,5 миллиарда лет жизни Вселенной.

«Обнаружение „Маленьких красных точек“ стало большим сюрпризом в ранних данных JWST, поскольку они совершенно не похожи на галактики, видимые „Хабблом“, — объяснил Финкельштейн. — Теперь мы пытаемся понять, что они собой представляют и как образовались».

CAPERS-LRD-z9 может помочь астрономам в этом разобраться. Во-первых, она подтверждает гипотезу, что сверхмассивные чёрные дыры — источник неожиданной яркости «Маленьких красных точек». Обычно такая яркость указывала бы на обилие звёзд, но в ту эпоху столь массивное звёздное население маловероятно. Чёрные же дыры, поглощая материю, нагревают её, создавая мощное излучение.

Кроме того, галактика может объяснить красный цвет этих объектов — вероятно, из-за плотного газового облака вокруг чёрной дыры, смещающего свет в красную часть спектра.

«Мы видели такие облака в других галактиках, — сказал Тейлор. — Когда мы сравнили этот объект с ними, сходство было поразительным».

Особенно впечатляет масса чёрной дыры — до 300 миллионов солнечных, что составляет половину массы всех звёзд галактики. Даже среди сверхмассивных чёрных дыр это рекордный показатель для столь ранней эпохи.

«Это добавляет доказательств тому, что ранние чёрные дыры росли гораздо быстрее, чем мы считали возможным, — отметил Финкельштейн. — Или они изначально были намного массивнее, чем предсказывают наши модели».

Команда планирует продолжить изучение CAPERS-LRD-z9 с помощью JWST, чтобы лучше понять её природу и роль чёрных дыр в формировании «Маленьких красных точек».

«Это отличный объект для исследований, — заключил Тейлор. — Мы только недавно получили возможность изучать эволюцию ранних чёрных дыр и очень рады тому, что сможем узнать».

Дополнительная информация: Anthony J. Taylor et al, CAPERS-LRD-z9: A Gas-enshrouded Little Red Dot Hosting a Broad-line Active Galactic Nucleus at z = 9.288, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ade789

Источник: Университет Техаса в Остине