Международная группа исследователей под руководством Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) обнаружила в одной галактике сразу три активные сверхмассивные черные дыры. Об этом сообщает ScienceDaily. Галактика J0148-4214 находится на расстоянии более 12,5 миллиарда световых лет от Земли, поэтому астрономы видят ее такой, какой она была спустя всего 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Все три объекта активно поглощают вещество, которое закручивается к ним через окружающие диски из газа и другого материала.
Из-за огромного расстояния расширение Вселенной растягивает свет до более длинных, красных волн. Этот эффект астрономы измеряют через так называемое красное смещение (redshift — сдвиг спектра в красную сторону). Для J0148-4214 исследователи определили значение z=5,02, что и позволило установить ее исключительную удаленность.
«Это первое свидетельство существования трех активных черных дыр в одной галактике в далекой Вселенной», — приводит ScienceDaily слова Ханны Юблер, руководителя исследовательской группы MPE и первого автора работы. Две черные дыры расположены рядом с центром галактики: проекционное расстояние между ними составляет всего 620 световых лет. Третья находится значительно дальше — примерно в 5500 световых годах от центра. По мнению ученых, находка подтверждает, что в молодой Вселенной процессы эффективно сводили массивные черные дыры вместе и закладывали основу для слияний, которые рассчитывают фиксировать будущие обсерватории гравитационных волн.
Три черные дыры сильно различаются по массе: по расчетам исследователей, она составляет примерно 80 миллионов, 600 тысяч и 2 миллиона масс Солнца. При этом самая крупная из них не является самой активной: ее меньшая соседка массой около 600 тысяч солнц набирает вещество гораздо быстрее, и темп этого поглощения превышает предел Эддингтона — максимум, предсказанный базовыми моделями роста черных дыр. «Данные JWST позволили нам не только выявить три черные дыры, но и оценить их массы, темпы аккреции и звездную массу галактики, — отметил второй автор работы Джованни Маццолари из MPE. — Мы получили суммарную звездную массу около 1,3 миллиарда солнц, и черные дыры составляют значительную ее долю».
Две центральные черные дыры, как ожидается, сольются в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. Третья, расположенная далеко от центра, может быть остатком более раннего слияния, вытолкнутым наружу мощным гравитационным «толчком»: такой эффект возникает, когда сливающиеся дыры излучают гравитационные волны неравномерно. Не исключено и другое — что она постепенно движется к центру галактики, где в итоге может взаимодействовать с двумя другими. «Эти результаты чрезвычайно интересны, — добавил соавтор работы, профессор Кембриджского университета Роберто Майолино. — Они говорят о том, что слияния черных дыр могли быть дополнительным быстрым путем их роста в ранней Вселенной».
Открытие стало возможным благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» (JWST) и методу интегральной спектроскопии, который показывает, как свет и его спектральные признаки меняются в разных частях галактики. Используя ближний инфракрасный спектрограф NIRSpec в режиме интегральной спектроскопии, ученые смогли разделить сигналы, которые иначе выглядели бы как излучение одной черной дыры. Без такой детальной пространственной информации астрономы, скорее всего, обнаружили бы лишь одну из трех активных черных дыр. Это позволяет предположить, что в других далеких галактиках тоже могут скрываться несколько растущих черных дыр, и поиск таких систем поможет восстановить историю их слияний.