Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) массой до миллиардов солнц находятся в центре большинства галактик, включая наш Млечный Путь. Однако их происхождение остается загадкой: стандартные модели не могут объяснить, как такие объекты успевали сформироваться всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Одно из возможных объяснений — теория «тяжелых семян». Она предполагает, что черные дыры возникали уже сверхмассивными, либо становились такими при прямом коллапсе огромных газовых облаков (последнее было возможно в хаотических условиях ранней Вселенной).
Команда под руководством Роберто Майолино из Кембриджского университета изучила объект QSO1 — сверхмассивную черную дыру, существовавшую, когда Вселенной было около 700 млн лет. QSO1 относится к классу маленьких красных точек (little red dots), открытых с помощью орбитального телескопа «Джеймс Уэбб». Эти загадочные источники, по мнению некоторых астрономов, представляют собой первичные галактики с зарождающимися СМЧД, но у них отсутствуют обычные рентгеновские сигнатуры аккрецирующих черных дыр.
Исследователи использовали гравитационное линзирование: скопление галактик на переднем плане искривило свет от QSO1, увеличив его и позволив разглядеть детали, недоступные для прямого наблюдения. Применив режим интегрального поля (спектры в каждой точке небольшого участка неба), команда разрешила «сферу влияния» черной дыры — область, где движение газа определяется ее гравитацией, и напрямую измерила массу объекта.
Одновременно ученые измерили эмиссию от ионизированного водорода и кислорода, что позволило определить химический состав газа вокруг черной дыры.
Результат оказался поразительным: содержание кислорода относительно водорода составляет меньше 1% от солнечного значения. Это означает, что среда вокруг QSO1 почти девственна — в ней практически не было звезд, которые могли бы наработать тяжелые элементы.
Это указывает на сценарий, при котором черная дыра сформировалась раньше основной части своей галактики, а не росла внутри уже существующей галактики, как традиционно предполагалось
Из рассмотренных моделей происхождения СМЧД эти наблюдения лучше всего соответствуют сценарию «тяжелого семени». Авторы надеются, что их результат проложит путь к долгожданному прорыву в понимании того, как формировались самые массивные объекты Вселенной. Открытие опубликовано в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ранее Наука Mail рассказывала об открытии самой чистой звезды в известной Вселенной.
