Спостереження, зібрані за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, виявили активну надмасивну чорну діру, маса якої в 9 млн разів перевищує масу Сонця, і яка активно зростає, поглинаючи матерію з простору навколо себе. Через 570 млн років після Великого вибуху це найперша надмасивна чорна діра, яка зростає, хоча вчені сподіваються, що вона не залишиться рекордсменом надовго.
Чорна діра була знайдена всередині однієї з найперших коли-небудь виявлених галактик, раніше відомої як EGSY8p7, а відтоді перейменованої на CEERS 1019. Її відкриття може допомогти вирішити одну з найбільших загадок раннього Всесвіту: як чорні діри в Космічному Світанку виросли до таких великих розмірів за такий короткий проміжок часу.
Стаття, що детально описує відкриття під керівництвом астрофізика Ребекки Ларсон з Техаського університету в Остіні, з’являється у спеціальному випуску журналу The Astrophysical Journal. “Ми знайшли найвіддаленіше активне галактичне ядро (AGN) і найдавнішу чорну діру, яку ми коли-небудь знаходили”, – розповіла Ларсон в інтерв’ю ScienceAlert. Спочатку Ларсон спостерігала за CEERS 1019 в рамках своєї роботи з дослідження світла, що утворюється в результаті зореутворення в дуже ранньому Всесвіті.
Вважається, що це світло, яке називається альфа-випромінюванням Лаймана, генерується іонізацією нейтрального водню в процесі зореутворення. Ранній Всесвіт був заповнений туманом нейтрального водню, який перешкоджав поширенню світла, лише після того, як цей водень був іонізований, світло могло вільно поширюватися.
Ця Епоха реіонізації, як відомо, до кінця не вивчена. Ми знаємо, що вона відбулася в перший мільярд років після Великого вибуху 13,8 млрд років тому, але зазирнути так далеко вглиб раннього Всесвіту дуже важко. CEERS 1019 та кілька інших надранніх галактик є чудовими об’єктами для цього дослідження, оскільки вони відносно яскраві. Галактика була ідентифікована в даних Габбла в 2015 році, і на той час вона була найранішою і найвіддаленішою галактикою зі спостережуваних.
Подальші спостереження підтвердили її існування, але детальніша інформація залишалася невловимою: найдавніше світло у Всесвіті через розширення Всесвіту настільки змістилося в інфрачервону частину спектра, що для його дослідження потрібен потужний спеціальний інфрачервоний інструмент, такий як JWST.
Отже, коли з’явився JWST, CEERS 1019 – найяскравіша з галактик Габбла цієї епохи – стала очевидною ціллю. Телескоп дивився на галактику лише одну годину всіма чотирма своїми інструментами, але надав безліч даних.
Потім Ларсон помітила дещо, чого вона не зовсім очікувала. На додаток до світла зореутворення, там була широка емісійна особливість, яка зазвичай асоціюється з AGN. Коли вона розповіла про це деяким дослідникам AGN, справа стала цікавою. Зазвичай галактика в ранньому Всесвіті випромінює або світло від Наднової, або світло від зореутворення. Побачити і те, і інше в одній галактиці було надзвичайно несподівано.
“Ми тижнями сперечалися, що це має бути, що це має бути одне чи інше. А виявляється, це і те, і інше. Існує певний вплив чорної діри на емісійні лінії, які ми бачимо, але більша частина світла, яке ми бачимо на наших зображеннях, все ще домінує в зореутворюючій частині галактики”. Те, що надмасивна чорна діра існувала понад 13,2 млрд років тому і продовжувала зростати, не так дивно, як ви можете подумати.
Набагато більші чорні діри були виявлені в ранньому Всесвіті, J1342+0928, квазігалактика, виявлена через 690 млн років після Великого вибуху, має надмасивну чорну діру розміром у 800 млн Сонць. Чорна діра в J0313-1806, виявлена через 670 млн років після Великого Вибуху, має розмір 1,6 млрд Сонць.
В обох цих квазарах домінує випромінювання AGN. На думку Ларсон та її колег, CEERS 1019 є проміжним етапом: точкою між пізнішими, більшими галактиками, в яких домінує AGN, і тим, як ці галактики та їхні чорні діри почали формуватися в першу чергу. Дивлячись на надмасивну чорну діру в CEERS 1019, дослідники вважають, що об’єкт утворився внаслідок колапсу масивного об’єкта, такого як одна з перших зірок у Всесвіті. Ці зірки були набагато, набагато більшими за зірки, які ми бачимо навколо сьогодні, тому чорна діра від такого колапсу мала б фору на шляху до надмасивності.
Як зазначає Ларсон, результати були отримані лише за одну годину спостережень. Очікується, що по-справжньому глибокі спостереження відкриють віддаленіші і навіть слабкіші галактики, які нарешті допоможуть нам зрозуміти, як народився Всесвіт і як він зростав.
