На сегодняшний день ученые обнаружили сверхмассивные черные дыры с массой, в миллионы и миллиарды раз превышающей массу Солнца, в центре самых массивных галактик в локальной Вселенной, включая наш Млечный Путь. Эти черные дыры, вероятно, оказали сильное влияние на эволюцию галактик, в которых они находятся, но исследователи до сих пор не понимают, что именно сделало эти объекты такими массивными.
Недавно прибор NIRSpec космического телескопа Джеймса Уэбба обнаружил свидетельства продолжающегося слияния двух галактик и их массивных черных дыр, когда возраст Вселенной составлял всего 740 миллионов лет. Это самое отдаленное обнаружение слияния черных дыр из когда-либо полученных. Кроме того, это первый случай наблюдения данного явления на столь ранних этапах существования Вселенной.
Слияние двух гигантских черных дыр
Очень массивные черные дыры, которые аккрецируют, питаясь окружающей материей, имеют характерные спектрографические особенности, позволяющие астрономам идентифицировать их. Для очень далеких галактик, таких как та, что рассматривается в данном исследовании, эти следы недоступны с Земли.
Однако «Джеймсу Уэббу» удается их обнаружить благодаря прибору NIRSpec (Near InfraRed Spectrometer). Наблюдения, проведенные в рамках программы Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy, с использованием техники интегральной полевой спектроскопии позволили проанализировать характеристики галактической системы ZS7.
Масса одной из двух черных дыр в этой системе в 50 миллионов раз превышает массу Солнца, масса другой, вероятно, аналогична, но ее гораздо сложнее измерить: эта вторая черная дыра погребена в плотном газе. Этот плотный газ быстро движется в окрестностях черных дыр, и в нем также можно обнаружить следы высокоионизированного горячего газа, освещенного энергетическим излучением, которое обычно производят черные дыры во время своих аккреционных эпизодов.
Благодаря резкости своих изображений «Уэбб» позволил команде пространственно разделить две черные дыры.
Расположение галактической системы ZS7 на снимке NIRCam Джеймса Уэбба, полученном в рамках программы JWST PRIMER. Эмиссия ионизированного водорода (Hβ) в системе ZS7 обозначена оранжевой областью, а эмиссия дважды ионизированного кислорода (OIII) видна темно-красным цветом (правое изображение).
Когда эти две черные дыры сольются, они также будут генерировать гравитационные волны. Подобные события можно будет обнаружить с помощью следующего поколения гравитационно-волновых обсерваторий, таких как космическая лазерная интерферометрическая антенна (LISA), проект которой недавно был одобрен ЕКА. Руководитель проекта LISA, сотрудник ЕКА Нора Люцгендорф, пояснила:
Результаты, полученные Уэббом, говорят нам о том, что легкие системы, обнаруживаемые LISA, должны встречаться гораздо чаще, чем считалось ранее. Это, скорее всего, заставит нас адаптировать наши модели для скорости LISA в этом диапазоне масс. И это только верхушка айсберга.
Команда, участвующая в этих исследованиях, недавно получила новую крупную программу в рамках 3-го цикла наблюдений «Уэбба», направленную на детальное изучение взаимоотношений между массивными черными дырами и галактиками-хозяевами в течение первого миллиарда лет. Важным компонентом этой программы станет систематический поиск и определение характеристик слияний черных дыр.
Эти усилия позволят определить скорость, с которой этот тип слияний происходит в ранние космические эпохи, и оценить роль слияний в начальном росте черных дыр. А также скорость возникновения гравитационных волн на заре времен.
«Звездная масса изучаемой нами системы схожа с массой нашего соседа — Большого Магелланова Облака«, — говорит Пабло Г. Перес-Гонсалес из Центра астробиологии (CAB), CSIC/INTA. «Мы можем попытаться представить, как может повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если в каждой из них будет сверхмассивная черная дыра, такая же или больше той, что есть в Млечном Пути…«.
С исследованием, опубликованным в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, можно ознакомиться здесь.
