С помощью космического телескопа «James Webb» ученым впервые удалось непосредственно определить массу сверхмассивной черной дыры, расположенной в одном из малоизученных объектов ранней Вселенной, известных как Little Red Dots («маленькие красные точки»). О результатах этой работы сообщается в журнале Nature и они способны пересмотреть существующие взгляды на процессы формирования первых галактик и черных дыр.
Идентифицированный объект имеет название Abell2744-QSO1. Его удаленность настолько велика, что свет, достигающий Земли, проделал путь более 13 миллиардов лет: таким образом, астрономы наблюдают его в том виде, который он имел всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва.
Загадочная «маленькая красная точка»
Little Red Dots были выявлены при проведении первых глубоких наблюдений с использованием «James Webb» и сразу же стали одной из самых интригующих загадок ранней Вселенной. Эти миниатюрные красноватые объекты характеризуются необычайно интенсивным инфракрасным излучением. Существовало предположение о наличии сверхмассивных черных дыр в их недрах, однако оценки массы оставались весьма приблизительными.
Благодаря эффекту гравитационного линзирования, галактика Abell2744-QSO1 представляет собой весьма подходящий объект для исследований. Между рассматриваемым объектом и Землей находится крупный скопление галактик Abell 2744, которое также называют «Скопление Пандоры». Огромная масса этого скопления деформирует пространство-время, выступая в роли космической линзы, которая увеличивает изображение удаленного источника света и даже создает сразу три его копии.
На изображениях, полученных телескопом «James Webb», можно различить три изображения QSO1: QSO1A, QSO1B и QSO1C. Наиболее яркое из них, QSO1A, предоставило возможность для детального изучения структуры галактики.
Газ вращается вокруг невидимого центра
В ходе анализа астрономы применили не только камеру NIRCam, но и спектрограф NIRSpec, оснащенный интегральным полем IFU. Данный инструмент обеспечивает одновременное получение изображения объекта и сотен спектров, что дает возможность создать карту движения газа внутри галактики.
Проведенные наблюдения выявили, что газ в QSO1 вращается по законам, аналогичным кеплеровским – подобно тому, как планеты движутся вокруг Солнца. Часть газовой массы приближается к телескопу, а другая удаляется от него, и это определяется с помощью доплеровского смещения света.
Подобная структура движения свидетельствует о наличии в центре объекта чрезвычайно массивного и компактного тела – сверхмассивной черной дыры.
На основании скорости вращения газа ученые определили ее массу, которая составляет приблизительно 50 миллионов солнечных масс.
Масса черной дыры превышает массу галактики
Наиболее неожиданный аспект исследования заключается в соотношении массы черной дыры и самой галактики. В современных галактиках сверхмассивные черные дыры, как правило, представляют собой лишь незначительную часть общей массы звездного населения.
Тем не менее, ситуация с QSO1 кардинально отличается: масса черной дыры оценивается примерно в две трети общей массы объекта и более чем в два раза превышает массу окружающей звездной материи.
Данный факт позволяет предположить, что на заре существования Вселенной некоторые сверхмассивные черные дыры могли образовываться до формирования галактик и демонстрировать значительно более быстрый рост по сравнению со звездным населением в их окрестностях.
Исследование эпохи возникновения первых структур
Габариты этого объекта составляют всего около 1300 световых лет – это крайне сжатая система, если сравнивать с современными галактиками.
Ученые отмечают, что данное исследование предоставляет одно из первых непосредственных определений массы черной дыры в период раннего развития Вселенной. В перспективе телескоп «James Webb» получит возможность исследовать больше подобных объектов и внести вклад в понимание формирования первых сверхмассивных черных дыр спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
