«До сих пор трудно объяснить, как она образовалась так скоро после того, как Вселенная начала существовать».
Панорамный вид более 100 000 галактик – Обзор ранней космической эволюции (CEERS)
Космический телескоп Уэбба обнаружил самую удаленную на сегодняшний день активную сверхмассивную черную дыру.
Галактика, в которой находится древняя черная дыра CEERS 1019, сформировалась относительно рано, всего через 570 миллионов лет после Большого взрыва. Активная сверхмассивная черная дыра в центре CEERS 1019 необычна не только своим возрастом и расстоянием, но и тем, что ее масса составляет всего 9 миллионов солнечных масс, т.е. она в 9 миллионов раз тяжелее Солнца. Как правило, большинство сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной имеют массу более миллиарда солнечных, что делает их ярче и их легче обнаружить.
Относительно небольшой размер черной дыры в центре CEERS 1019 остается загадкой. Согласно заявлению Научного института космического телескопа в Балтиморе, который управляет научными операциями JWST, «до сих пор трудно объяснить, как он образовался так скоро после возникновения Вселенной». Астрономы давно подозревали, что меньшие черные дыры должны были образоваться на заре Вселенной, но эти наблюдения впервые показали их столь подробно.
«Исследователи давно знали, что черные дыры с меньшей массой должны были существовать в ранней Вселенной. Уэбб — первая обсерватория, способная запечатлеть их так четко», — сказал Дейл Кочевски из колледжа Колби в Уотервилле, штат Мэн, который руководил одним из трех новых исследований с использованием JWST для изучения далекой Вселенной. «Теперь мы думаем, что черные дыры с меньшей массой могут быть повсюду и только и ждут, чтобы их обнаружили».
Черная дыра CEERS 1019 была обнаружена с использованием данных, собранных космическим телескопом Уэбба в рамках Научного исследования ранней космической эволюции (CEERS), исследовательской программы для проверки и проверки методов, позволяющих вернуться в далекое прошлое истории Вселенной. пространство между созвездиями Большой Медведицы и Волопаса. Данные, собранные в ходе исследования, восхитили астрономов.
«До сих пор исследования объектов в ранней Вселенной были в основном теоретическими», — говорит Стивен Финкельштейн, астроном из Техасского университета в Остине, ведущий обзор CEERS и соавтор одного из исследований CEERS 1019, в котором использовалась JWST. данные. – Благодаря Уэббу мы можем не только видеть черные дыры и галактики на больших расстояниях, но и начинаем с точностью их измерять. В этом великая сила этого телескопа.
Этот график показывает обнаружение самых удаленных активных сверхмассивных черных дыр, известных в настоящее время во Вселенной. Самая удаленная черная дыра — CEERS 1019, существовавшая спустя чуть более 570 миллионов лет после Большого взрыва. CEERS 746 был обнаружен через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Третье место в настоящее время занимает CEERS 2782, существовавшая через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва.
Уэббу удалось собрать множество спектральных данных о CEERS 1019, электромагнитных сигнатурах, которые раскрывают химический состав, массу и другие свойства галактики. Данные показывают, что галактика активно производит новые звезды, возможно, в результате слияния с другой галактикой, подпитывающей активность центральной черной дыры CEERS 1019.
Спектральные данные CEERS 1019, собранные JWST. Белый пик сразу после 4,7 мкм — это водород. Данные Уэбба соответствуют двум шаблонам, поскольку за форму данных отвечают несколько источников. Широкий узор внизу, показанный желтым цветом, соответствует быстро движущемуся газовому вихрю в активном аккреционном диске черной дыры. Фиолетовый узор с высоким пиком соответствует самому медленному газу в галактике; это излучение активно формирующихся звезд
Помимо обнаружения черной дыры в центре CEERS 1019, в ходе исследования также были обнаружены два других «легковеса» — сверхмассивные черные дыры с меньшей массой, чем обычно обнаруживаются черные дыры на таком расстоянии.
Эти две черные дыры, расположенные в центре галактик CEERS 2782 и CEERS 746, образовались соответственно через 1,1 миллиарда лет и 1 миллиард лет после Большого взрыва. Масса каждого из них составляет около 10 миллионов солнечных масс.
Для сравнения, черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь, известная как Стрелец А*, примерно в 4,3 миллиона раз массивнее Солнца. Но это очень мало для современной сверхмассивной черной дыры. В центре галактики М87, например, находится черная дыра с массой около 6,5 миллиардов солнечных масс.
Первый спектр доказывает, что черная дыра CEERS 2782 существовала всего через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва, излучая свет 12,7 миллиарда лет назад. Данные Уэбба также показывают, что он не содержит пыли. Второй, CEERS 746, существовал чуть раньше, через 1 миллиард лет после Большого взрыва, но его яркий аккреционный диск до сих пор частично затенен пылью.
В общей сложности с использованием данных исследования JWST CEERS было обнаружено 11 галактик, которые, как полагают, образовались между 470 и 675 миллионами лет после Большого взрыва. Исследователи говорят, что данные об этих галактиках могут революционизировать понимание астрономами формирования и эволюции звезд и галактик на протяжении всей космической истории.
«Я поражен количеством очень подробных спектров далеких галактик, которые сделал Уэбб», — сказал Пабло Аррабаль Аро из NOIRLab, ведущий автор одного из исследований в рамках обзора CEERS. «Эти данные просто поразительны».
Три отдельных исследования с использованием данных опроса CEERS были приняты к публикации в The Astrophysical Journal Letters и доступны на сервере препринтов arXiv (один раз, два, три).
