Обнаружена самая ранняя из когда-либо обнаруженных сверхмассивных черных дыр

Объект, скрывающийся в туманном рассвете Вселенной, преподнес астрономам большой сюрприз.

Наблюдения, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, выявили активную сверхмассивную черную дыру, в 10 миллионов раз превышающую массу Солнца, которая активно растет, поглощая материю из окружающего ее пространства. span>

Спустя всего 570 миллионов лет после Большого взрыва это самая ранняя обнаруженная растущая сверхмассивная черная дыра, хотя ученые надеются, что она победит. t остается рекордсменом надолго.

Черная дыра была обнаружена внутри одной из самых ранних когда-либо обнаруженных галактик, ранее известной как EGSY8p7, но позже переименованной в CEERS_1019. Его открытие может помочь с одной из самых больших головоломок ранней Вселенной: как черные дыры в Космическом Рассвете выросли до таких больших размеров за такое за короткое время.

Документ с подробным описанием открытия, сделанного астрофизиком Ребеккой Ларсон из Техасского университета в Остине, был отправлен в Астрофизический журнал и доступен на сервере препринтов arXiv .

«Мы обнаружили самое далекое активное галактическое ядро ​​(АЯГ) и самую далекую и самую раннюю черную дыру, которую мы когда-либо находили», — сообщил Ларсон ScienceAlert.

Ларсон был изначально смотрит на CEERS_1019 в рамках своей работы по изучению света, возникающего при звездообразовании в очень ранней Вселенной. Считается, что этот свет, называемый Лайман-альфа-излучением, возникает в результате ионизации нейтрального водорода в результате звездообразования. Ранняя Вселенная была заполнена туманом нейтрального водорода, препятствовавшим распространению света; только после того, как этот водород был ионизирован, свет мог течь свободно.

Эта Эпоха Реионизации, как известно, не полностью понял. Мы знаем, что это произошло в первый миллиард лет после Большого Взрыва 13,8 миллиарда лет назад, но заглянуть так далеко в раннюю Вселенную действительно сложно. CEERS_1019 и несколько других сверхранних галактик — отличные объекты для этого исследования, потому что они относительно яркие.

Галактика была идентифицирована в данных Хаббла в 2015 году и в то время была самой ранней и самой далекой наблюдаемой галактикой. Последующие наблюдения подтвердили его существование, но более подробная информация оставалась недоступной: самый ранний свет во Вселенной настолько сместился в инфракрасную часть спектра из-за расширения Вселенной, что для их исследования необходим мощный специализированный инфракрасный инструмент, такой как JWST.

Итак, когда появился JWST, CEERS_1019 — самая яркая из галактик Хаббла той эпохи — была очевидной целью. Телескоп наблюдал за галактикой всего один час со всеми четырьмя инструментами, но вернул огромное количество данных.

» В тот момент, когда я подумал: «Вау, посмотрите на все, что мы можем увидеть с помощью JWST, мы видели всю эту часть спектра этой галактики — и любые галактики на ранних этапах Вселенной — которых мы никогда раньше не видели». Ларсон сообщает ScienceAlert. «Меня просто ошеломило количество информации».

Но потом она заметила то, чего совсем не ожидала. В дополнение к свету звездообразования была широкая эмиссионная особенность, обычно связанная с АЯГ. И когда она упомянула об этом некоторым исследователям AGN, все стало интереснее.

Обычно галактики в ранней Вселенной излучают либо свет от АЯГ, либо свет от звездообразования. Увидеть и то, и другое в одной и той же галактике было крайне неожиданно.

«Я был так же удивлен, как и все остальные», – говорит Ларсон. «У нас был целый спор в течение нескольких недель о том, какой из них должен быть, он должен быть одним или другим. И оказывается, это и то, и другое. видим, но большая часть света, который мы видим на наших изображениях, по-прежнему исходит от звездообразующей части галактики.»

Что сверхмассивная черная дыра существовала более 13,2 миллиарда лет назад , и был замечен растущим, не так удивительно, как вы могли бы подумать. В ранней Вселенной были обнаружены гораздо более крупные черные дыры; J1342+0928 , галактика-квазар, обнаруженная через 690 миллионов лет после Большого взрыва, имеет сверхмассивную черную дыру с тактовой частотой 800 миллионов Солнц. Черная дыра в J0313-1806 через 670 миллионов лет после Большого взрыва измерялась в 1,6 миллиарда Солнц.

В обоих этих квазарах преобладает излучение AGN. Ларсон и ее коллеги считают, что CEERS_1019, по-видимому, представляет собой промежуточный этап: точку между более поздними, более крупными галактиками с преобладанием АЯГ и тем, как эти галактики и их черные дыры начали формироваться в первую очередь.

«Мы не знали и до сих пор не знаем, как черные дыры в этих галактиках стали такими массивными на столь раннем этапе Вселенной», Ларсон объясняет.

«Итак, мы нашли то, что, по нашему мнению, могло быть прародителем или тем, что выросло в эти невероятно массивные квазары. .»

Глядя на сверхмассивную черную дыру в CEERS_1019, исследователи считают, что объект образовался в результате коллапса массивного объекта, такого как как одна из первых звезд во Вселенной. Эти звезды были намного, намного больше, чем звезды, которые мы видим сегодня, поэтому черная дыра от такого коллапса имела бы преимущество на пути к тому, чтобы стать сверхмассивной.

Но его все равно нужно немного увеличить. Это могло произойти в форме периодической суперэддингтоновской аккреции. Предел Эддингтона — это максимальная устойчивая скорость, с которой могут расти черные дыры. Материал кружится вокруг черной дыры в диске, попадая в черную дыру, как вода в канализацию. В пределе Эддингтона материал движется так быстро, что вместо того, чтобы облететь черную дыру, он улетает в космос. Аккреция суперэддингтона возможна только в течение коротких периодов времени; но, согласно моделированию команды, это могло быть возможно во вспышках, которые помогли увеличить черную дыру в центре CEERS_1019.

Но лучший способ узнать о них больше — найти больше промежуточных галактик, и это выглядит вполне достижимым. Как указывает Ларсон, результаты были получены всего за один час наблюдений. Ожидается, что по-настоящему глубокие наблюдения откроют более далекие и даже более тусклые галактики, которые, наконец, помогут нам понять, как родилась и выросла Вселенная.

«Я не думаю, что мой рекорд продержится долго», — говорит Ларсон. «И я надеюсь, что нет, потому что я думаю, что это более интересно, что мы начинаем отвечать на эти вопросы».

Исследование отправлено в The Astrophysical Journal и доступно на arXiv .