Міжнародна група астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба знайшла докази 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 зроблено, і вперше це явище спостерігали у такому ранньому Всесвіті.
Астрономи знайшли надмасивні чорні діри з масами, що в мільйони чи мільярди разів перевищують маси Сонця, у більшості масивних галактик місцевого Всесвіту, зокрема і в нашій галактиці Молочний Шлях. Ці чорні діри, ймовірно, мали великий вплив на еволюцію галактик, у яких вони містяться. Однак науковці досі не до кінця розуміють, як ці об’єкти виросли до таких мас. 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, виконані за допомогою «Вебба», надали докази 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 спектральні особливості, які дають змогу астрономам їх ідентифікувати. Для дуже віддалених галактик, таких як у цьому дослідженні, ці ознаки недоступні з поверхні 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 генерують чорні діри під час поглинання речовини», — пояснила головний автор дослідження Ганна Юблер (Hannah Übler) з Кембриджського університету (Великобританія). «Завдяки безпрецедентній чіткості зображень від “ Вебба” наша група змогла просторово розділити дві чорні діри».
Розташування системи галактик ZS7 на зображенні, отриманому за допомогою приймача NIRcam космічного телескопа Джеймса Вебба. Три панелі показують дедалі меншу ділянку неба. На першому зображенні — велике поле галактик на чорному тлі космосу. Друге зображення показує меншу ділянку цього поля, розкриваючи галактики докладніше (видно їхні форми і кольори). На третьому зображенні показано систему галактик ZS7 у випромінюванні йонізованого водню (помаранчевий колір) і випромінюванні подвійно іонізованого кисню (темно-червоний колір). Авторські права на зображення: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, H. Übler, R. Maiolino, et. Al. Фото з сайту www.esa.int.
Наукова група 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, бо вона прихована у щільному газі», — пояснив учасник дослідження Роберто Майоліно (Roberto Maiolino) 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», — пояснила Ганна Юблер. «Разом з іншими відкриттями, зробленими за допомогою “Вебба”, щодо активних масивних чорних дір у далекому Всесвіті наші результати також показують: масивні чорні діри впливали на еволюцію галактик із самого початку».
Науковці зазначають, що як тільки відбудеться злиття двох чорних дір, це спричинить появу гравітаційних хвиль [1]. Такі події можна буде виявити за допомогою наступного покоління обсерваторій гравітаційних хвиль, таких як майбутня місія Laser Interferometer Space Antenna (LISA), яку нещодавно схвалило Європейське космічне агентство і яка стане першою космічною обсерваторією, призначеною для вивчення гравітаційних хвиль.
«Результати “Вебба” свідчать про те, що системи з малою масою, які зможе виявляти LISA, мають траплятися набагато частіше, ніж передбачалося раніше», — зауважила провідний науковий співробітник проєкту LISA Нора Луцґендорф (Nora Luetzgendorf) з Європейського космічного агентства в Нідерландах. «Найімовірніше, це змусить нас скорегувати наші моделі щодо можливостей LISA в цьому діапазоні мас. Це лише вершина айсберга».
Відкриття стало результатом спостережень, виконаних у рамках програми Galaxy Assembly з інтегральною польовою спектроскопією NIRSpec (Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy programme). Наукова група нещодавно отримала нову велику програму в третьому циклі спостережень «Вебба», щоб докладно вивчити взаємозв’язок між масивними чорними дірами та їхніми материнськими галактиками протягом першого мільярда років існування Всесвіту. Важливим компонентом цієї програми буде систематичний пошук і характеристика злиття чорних дір. Ці зусилля спрямовано на визначення того, як часто відбувається злиття чорних дір у ранні космічні епохи. Це дасть змогу оцінити роль процесу злиття в ранньому зростанні чорних дір і також те, як часто виникають гравітаційні хвилі на початку часу нашого всесвіту.
Результати дослідження оприлюднено в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Примітки
[1] Гравітаційні хвилі — це невидимі брижі в тканині простору-часу. Простір-час — це чотиривимірна величина, описана загальною теорією відносності Айнштайна, яка поєднує тривимірний простір із часом. Маса спотворює простір-час, а гравітація насправді є результатом викривлення простору-часу масою об’єкта. Брижі в просторі-часі спричиняє будь-який рухомий об’єкт з масою, і вони відомі як гравітаційні хвилі. Гравітаційні хвилі постійно проходять непоміченими через Землю, і вони спричинені одними з найжорсткіших та найенергетичніших подій у Всесвіті. До таких астрономи відносять чорні діри, що стикаються, колапс ядер зір, злиття нейтронних зір або білих карликів, коливання нейтронних зір, які не є ідеальними сферами, і, можливо, навіть залишки гравітаційного випромінювання, створеного під час народження Всесвіту.
За інф. з сайту www.esa.int підготував Іван Крячко
