Вебб виявив найвіддаленіше злиття чорних дір

Міжнародна група астрономів використала космічний телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба, щоб знайти докази триваючого злиття двох галактик та їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було лише 740 мільйонів років. Це найвіддаленіше виявлення злиття чорних дір, яке коли-небудь було отримано, і вперше це явище було виявлено у Всесвіті так рано.

Астрономи знайшли надмасивні чорні діри з масами, що в мільйони чи мільярди разів перевищують маси Сонця, у більшості масивних галактик місцевого Всесвіту, включно з нашою галактикою Чумацький Шлях. Ці чорні діри, ймовірно, мали великий вплив на еволюцію галактик, у яких вони знаходяться. Проте вчені досі не до кінця розуміють, як ці об’єкти виросли до таких масивних. Виявлення гігантських чорних дір вже в перший мільярд років після Великого вибуху вказує на те, що таке зростання мало статися дуже швидко і дуже рано. Тепер космічний телескоп Джеймса Вебба проливає нове світло на зростання чорних дір у ранньому Всесвіті.

Нові спостереження Вебба надали докази тривалого злиття двох галактик і їхніх масивних чорних дір, коли Всесвіту було всього 740 мільйонів років. Система відома як ZS7.

Масивні чорні діри, які активно накопичують матерію, мають характерні спектрографічні особливості, які дозволяють астрономам їх ідентифікувати. Для дуже віддалених галактик, таких як у цьому дослідженні, ці сигнатури недоступні з землі, і їх можна побачити лише за допомогою Вебба. 

«Ми виявили докази існування дуже щільного газу з швидкими рухами в околицях чорної діри, а також гарячого та високоіонізованого газу, освітленого енергетичним випромінюванням, яке зазвичай створюють чорні діри під час епізодів їх акреції», — пояснила провідний автор Ханна Юблер з дослідження. Кембриджський університет у Великобританії. «Завдяки безпрецедентній чіткості своїх можливостей зображення Вебб також дозволив нашій команді просторово розділити дві чорні діри».

Команда виявила, що одна з двох чорних дір має масу, яка в 50 мільйонів разів перевищує масу Сонця. «Маса іншої чорної діри, ймовірно, схожа, хоча її набагато важче виміряти, оскільки ця друга чорна діра похована у щільному газі», — пояснив член команди Роберто Майоліно з Кембриджського університету та Університетського коледжу Лондона у Великобританії.

«Наші висновки свідчать про те, що злиття є важливим шляхом, через який чорні діри можуть швидко рости навіть на світанку космосу», — пояснив Юблер. «Разом з іншими відкриттями Вебба щодо активних масивних чорних дір у далекому Всесвіті наші результати також показують, що масивні чорні діри формували еволюцію галактик із самого початку».

«Зоряна маса досліджуваної нами системи подібна до маси нашого сусіда Великої Магелланової Хмари», — поділився член команди Пабло Г. Перес-Гонсалес з Центру астробіології (CAB), CSIC/INTA, в Іспанії. «Ми можемо спробувати уявити, як може вплинути на еволюцію галактик, що зливаються, якби кожна галактика мала одну надмасивну чорну діру такого розміру або більше, ніж та, яку ми маємо в Чумацькому Шляху». 

Команда також зазначає, що коли дві чорні діри зливаються, вони також генеруватимуть гравітаційні хвилі. Подібні події можна буде виявити за допомогою наступного покоління обсерваторій гравітаційних хвиль, таких як майбутня місія Laser Interferometer Space Antenna (LISA), яка нещодавно була схвалена Європейським космічним агентством і стане першою космічною обсерваторією, присвяченою вивченню гравітації. хвилі.

«Результати Вебба свідчать про те, що більш легкі системи, які виявляє LISA, мають бути набагато частіше, ніж передбачалося раніше», — поділилася провідний науковий співробітник проекту LISA Нора Люцгендорф з Європейського космічного агентства в Нідерландах. «Швидше за все, це змусить нас скорегувати наші моделі для ставок LISA в цьому масовому діапазоні. Це лише вершина айсберга».

Це відкриття стало результатом спостережень, зроблених у рамках програми Galaxy Assembly з інтегральною польовою спектроскопією NIRSpec. Команда нещодавно отримала нову Велику програму в циклі спостережень Вебба 3, щоб детально вивчити взаємозв’язок між масивними чорними дірами та їхніми галактиками-господарями протягом першого мільярда років. Важливим компонентом цієї програми буде систематичний пошук і характеристика злиття чорних дір. Ці зусилля визначатимуть швидкість, з якою відбувається злиття чорних дір у ранні космічні епохи, і оцінять роль злиття в ранньому зростанні чорних дір і швидкість, з якою гравітаційні хвилі утворюються від початку часів.