Теории эволюции галактик предсказывают, что в ранней Вселенной галактики часто сближались и сливались. Вместе с ними сливались и сверхмассивные черные дыры в их центрах, создавая еще более массивные объекты. Но увидеть этот процесс напрямую — большая редкость. Новое исследование, опубликованное в научном жрунале Astronomy & Astrophysics, представляет одно из самых ярких свидетельств такого сценария.
Международная команда под руководством Ханны Юблер из Института внеземной физики Макса Планка в Германии использовала данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) для изучения галактики J0148-4214. Ее красное смещение z=5,02 означает, что свет от нее шел до нас 12,5 млрд лет — мы видим галактику в том состоянии, в каком она была всего через 1,2 млрд лет после Большого взрыва.
Исследователи идентифицировали черные дыры по спектральным отпечаткам — сигнатурам атомов водорода, движущихся с высокой скоростью в гравитационном поле черных дыр. В центральной области спектр оказался настолько сложным, что лучше всего его можно было объяснить присутствием двух черных дыр в непосредственной близости. Чтобы разделить их, ученые применили метод спектроастрометрии, позволяющий измерять пространственные смещения линий излучения с высокой точностью. Это позволило определить положения черных дыр, даже если их невозможно разрешить как отдельные точечные источники. Третью черную дыру обнаружили во внешней области галактики.
Две центральные черные дыры разделены всего 620 световых лет (в проекции). Третья находится дальше — примерно 5500 световых лет от центра.
Массы черных дыр составили 80 млн, 0,6 млн и 2 млн солнечных масс. Самая массивная дыра аккрецирует (поглощает вещество) медленнее, чем соседняя с массой 0,6 млн солнечных масс, которая активно питается и даже превышает теоретический предел аккреции (предел Эддингтона).
Данные JWST позволили нам не только идентифицировать три черные дыры, но и оценить их массы, темпы аккреции и звездную массу галактики. Мы обнаружили, что общая звездная масса галактики составляет около 1,3 млрд солнечных масс, и черные дыры составляют значительную ее часть.
Центральная пара черных дыр, по оценкам, должна слиться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. «Эти результаты чрезвычайно захватывающие, — добавляет Роберто Майолино, профессор Кембриджского университета и соавтор. — Они предполагают, что слияние черных дыр может быть дополнительным, быстрым путем для их роста в ранней Вселенной».
Третья черная дыра, расположенная вне центра, может быть остатком предыдущего слияния, смещенной из центра гравитационным «пинком» или мигрирующей внутрь.
Открытие демонстрирует, что спектроскопия с высоким пространственным разрешением (интегральная спектроскопия поля) — важнейший инструмент для поиска множественных активных черных дыр в далеких галактиках. Без данных JWST и метода спектроастрометрии, вероятно, была бы обнаружена только одна из трех черных дыр. Находка дает ученым редкую возможность заглянуть в процессы, которые происходили в молодой Вселенной и привели к образованию самых массивных объектов во Вселенной.
Ранее Наука Mail рассказывала о создании карты активных сверхмассивных черных дыр.