Астрономы обнаружили древнюю спящую сверхмассивную чёрную дыру

Международная группа исследователей, включая специалистов из Университетского колледжа Лондона (UCL), обнаружила самую удалённую на сегодняшний день неактивную сверхмассивную чёрную дыру. Объект находится в галактике MRG-M0138, расположенной на расстоянии более 10 миллиардов световых лет от Земли, что превышает предыдущий рекорд по удалённости такого типа чёрных дыр в 15 раз.

Масса чёрной дыры оценивается примерно в 6 миллиардов солнечных масс, а время наблюдения соответствует эпохе, когда возраст Вселенной составлял около 3 миллиардов лет. Это открытие предоставляет уникальную возможность изучить эволюцию массивных чёрных дыр и их галактик в ранние периоды космической истории.

Для определения массы чёрной дыры учёные использовали данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) NASA, анализируя движения звёзд, вращающихся вокруг невидимого объекта. Этот метод, известный как звёздная динамика, ранее применялся для измерения масс неактивных чёрных дыр в более близких галактиках, однако впервые с успехом реализован на таком колоссальном космологическом расстоянии.

Профессор Ричард Эллис из UCL отметил: «Изучение коллективного движения звёзд в ядре далёкой галактики позволило измерить массу её сверхмассивной чёрной дыры, которая иначе была бы недоступна для обнаружения. Демонстрация применимости этой методики к галактикам ранней Вселенной открывает путь к более полному учёту развития чёрных дыр и пониманию их роли в эволюции галактик».

Методика измерения массы невидимой чёрной дыры

Чёрные дыры сами по себе не излучают свет, однако газ, падающий в них, способен испускать мощное излучение. Активные галактические ядра, или квазары, являются одними из самых ярких объектов во Вселенной и легко обнаружимы. В отличие от них, чёрная дыра в MRG-M0138 неактивна — в настоящий момент газ в неё не падает, и её присутствие выявлено исключительно по гравитационному воздействию на окружающие звёзды.

Измеряя скорости звёзд, вращающихся вокруг центра галактики, исследователи подтвердили наличие чёрной дыры и вычислили её массу. Различия в скоростях звёзд, находящихся ближе к чёрной дыре и дальше от неё, обеспечили необходимые данные для оценки.

Данный подход аналогичен методам, применяемым для определения массы чёрной дыры в центре Млечного Пути и нескольких соседних галактик, но впервые он был использован для объекта на столь экстремальном расстоянии. До этого ближайшая галактика, исследованная таким способом, находилась примерно в 700 миллионах световых лет от Земли.

Гравитационное линзирование и историческое измерение

Наблюдение движений звёзд в столь далёкой галактике обычно невозможно. Учёные преодолели это ограничение, используя эффект гравитационного линзирования — естественного космического увеличения изображения.

Галактика, расположенная между Землёй и MRG-M0138, искривляет и фокусирует свет удалённой галактики, увеличивая её изображение в 30 раз. Это позволило исследователям восстановить внутреннюю структуру галактики с детализацией, недоступной без такого усиления.

Доктор Эндрю Ньюман из Carnegie Science в Пасадене подчеркнул: «Совмещение данных JWST с эффектом гравитационного линзирования позволило нам заглянуть внутрь сферы влияния чёрной дыры, где её гравитация ускоряет звёзды. Это один из лучших методов взвешивания чёрных дыр, и мы рады применить его к эпохе ранней Вселенной».

Ранее было выявлено лишь несколько неактивных сверхмассивных чёрных дыр такого масштаба, и все они находились значительно ближе к Земле.

Вклад открытия в понимание эволюции галактик

Результаты исследования дают важные сведения о совместном развитии галактик и их центральных чёрных дыр в ранней Вселенной. Наблюдения близких галактик показывают тесную связь между массой галактики и массой её чёрной дыры, однако для выяснения механизма формирования этой зависимости необходимы данные из более ранних эпох космической истории.

Учёные установили, что и чёрная дыра, и её галактика-хозяин находятся в состоянии покоя. В галактике не происходит звездообразования, что указывает на то, что MRG-M0138 могла ранее содержать яркий квазар. Предполагается, что быстрое увеличение массы чёрной дыры сопровождалось выделением энергии, которая либо нагрела, либо вытолкнула газ, необходимый для формирования новых звёзд, тем самым прекратив процесс звездообразования.

Исследователи ожидают, что будущие наблюдения с помощью JWST и других космических телескопов позволят обнаружить множество неактивных чёрных дыр из ранней Вселенной. Эти открытия помогут понять, каким образом чёрные дыры подавляют звездообразование и каким образом спящие чёрные дыры могут вновь активизироваться при поступлении свежего материала.