Двойной удар: JWST нашел ближайшую пару и первую тройку активных сверхмассивных черных дыр в молодой Вселенной

Почему более ранние телескопы пропустили ее: LID-1166 была впервые замечена как источник рентгеновского излучения в обзоре Chandra COSMOS Legacy, но оставалась полностью необнаружимой на самых глубоких снимках космического телескопа «Хаббл» . Черные дыры погребены в плотном газе и пыли, которые блокируют видимый и ближний инфракрасный свет .

Инструмент JWST, который сделал открытие: Команда под руководством Хевон Су (Hyewon Suh) из NSF NOIRLab использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec телескопа JWST . NIRSpec выявил два компактных, ярких источника, разделенных 4900 световых лет, каждый из которых демонстрирует спектральные признаки газа, вращающегося с огромными скоростями, — неопровержимые признаки активно питающихся сверхмассивных черных дыр (активных галактических ядер, или АЯГ) . Соавтор исследования Роберто Декарли (Roberto Decarli) отметил: «Этот шаг в открытии стал возможен только благодаря исключительным возможностям визуализации и спектроскопии JWST, и в частности его инструмента NIRSpec. Аналогичные наблюдения с Земли были бы чрезвычайно сложны из-за плохой прозрачности атмосферы на этих длинах волн» .

Что добавили данные ALMA: Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA) обнаружила большие резервуары холодного газа, связанные с каждым АЯГ . Декарли отметил, что это «указывает на то, что два АЯГ находятся в центрах двух галактик на грани слияния». Наличие холодной газовой галактической среды вокруг каждой черной дыры помогло исключить экзотические альтернативные сценарии формирования и подтвердило подлинное газовое слияние галактик . Исследование принято к публикации в журнале Nature Astronomy (препринт arXiv:2607.19491) .

Отдельная сенсация: три активные черные дыры в одной галактике

В то же время другое исследование под руководством Ханны Юблер (Hannah Übler) из Института внеземной физики Общества Макса Планка выявило три активно аккрецирующие сверхмассивные черные дыры в одной галактике J0148-4214 . Эта галактика находится на расстоянии более 12,5 миллиарда световых лет от Земли (красное смещение z=5,0167), что соответствует примерно 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва .

Конфигурация тройки: Две черные дыры расположены близко друг к другу в центре галактики, разделенные всего 620 световых лет в проекции, что говорит о том, что они находятся на грани слияния. Третья черная дыра находится дальше, во внешней области галактики, на расстоянии около 5500 световых лет от центра . Массы этих объектов варьируются от нескольких миллионов до примерно 80 миллионов солнечных масс .

Метод обнаружения: Команда использовала спектрограф NIRSpec телескопа JWST в режиме интегрального поля (NIRSpec-IFS) — пространственно разрешенную спектроскопию, чтобы обнаружить черные дыры по их спектральным «отпечаткам пальцев». Каждая была идентифицирована по широкой эмиссионной линии H-альфа (полуширина 430–2920 км/с) без соответствующей запрещенной линии, что является четким признаком газа, вращающегося вокруг массивной черной дыры .

Это первое свидетельство существования трех активных сверхмассивных черных дыр в одной галактике в далекой Вселенной . Юблер сказала: «Это говорит о том, что процессы в ранней Вселенной были эффективны в сближении массивных черных дыр, подготавливая почву для слияний массивных черных дыр, которые мы ожидаем обнаружить с помощью будущих гравитационно-волновых обсерваторий» . Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics в рамках проекта BlackTHUNDER .

Что означают эти открытия

Вместе эти два результата открывают новое окно в критическую фазу космической истории. Они показывают, что сверхмассивные черные дыры не только существовали, но и активно сливались и росли в богатой газом среде менее чем через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Способность JWST видеть сквозь пыль, используя инфракрасный свет, недоступный для более коротких длин волн, стала ключом к раскрытию этих скрытых систем черных дыр. Как отмечается в исследовании LID-1166, более ранние телескопы, такие как «Хаббл», были «слепы» к этим объектам, которые окутаны тем самым газом и пылью, которыми они питаются .