Телескоп Джеймса Вебба вперше зафіксував три активні надмасивні чорні діри в одній галактиці

Команда використала картографування каналів асиметричного центрального профілю Hα, щоб виділити дві просторово відокремлені області широких ліній (BLR) у центрі галактики, розділені 190±40 парсеками (близько 620 світлових років). Третю BLR було виявлено на околиці галактики, на проєктованій відстані 1,7 кілопарсека (приблизно 5500 світлових років) .

Три чорні діри: маси та розташування

Використовуючи одноепохальні віріальні співвідношення, астрономи оцінили маси трьох чорних дір:

• Первинна центральна чорна діра: log(M☉) = 7,9 ± 0,4, або приблизно 80 мільйонів мас Сонця
• Вторинна центральна чорна діра: log(M☉) = 5,8 ± 0,5, або приблизно 600 000 мас Сонця
• Зовнішня чорна діра: log(M☉) = 6,3 ± 0,4, або близько 2 мільйонів мас Сонця

Автори дослідження наголошують, що ці оцінки мас мають значні похибки — ключовим результатом є відкриття трьох активних масивних чорних дір, а не точні значення їхніх мас .

Дві чорні діри знаходяться близько одна до одної в центрі галактики, розділені лише 620 світловими роками в проєкції. Третя чорна діра розташована у зовнішній області галактики, приблизно за 5500 світлових років від центру .

Зростання в ранньому Всесвіті та шлях до злиття

J0148-4214 відкриває унікальне вікно в розуміння того, як надмасивні чорні діри так швидко виросли в ранньому Всесвіті. Система свідчить про те, що злиття та взаємодії галактик були ефективними в зближенні масивних чорних дір, забезпечуючи швидкий шлях для їхнього стрімкого зростання . Це перший доказ існування систем із трьома чорними дірами в перші 1,2 мільярда років космічної історії.

Дві центральні чорні діри, розділені лише 620 світловими роками, як очікується, з часом зіллються. Ця тісна пара створює умови для злиття масивних чорних дір, які майбутні обсерваторії гравітаційних хвиль, такі як Laser Interferometer Space Antenna (LISA), призначені виявляти. Виявлення показує, що такі тісні пари існували набагато раніше, ніж було відомо досі .

«Це перший доказ існування трьох активних чорних дір в одній галактиці в далекому Всесвіті», — сказала Ганна Юблер, керівниця дослідницької групи в Інституті позаземної фізики Товариства Макса Планка та провідна авторка дослідження .

Що це означає для астрономії гравітаційних хвиль

Дві центральні чорні діри в J0148-4214 розділені лише кількома сотнями парсеків, що означає, що вони гравітаційно пов'язані та знаходяться на шляху до зіткнення. Коли вони зрештою зіллються, це породить гравітаційні хвилі, які зможуть виявити космічні обсерваторії, такі як LISA, призначена для спостереження за злиттям масивних чорних дір. Це відкриття демонструє, що такі тісні пари існували набагато раніше в космічній історії, ніж вважалося раніше, даючи астрономам чітку ціль і підтверджуючи, що ранній Всесвіт був бурхливим середовищем для злиття чорних дір .

Чому це відкриття важливе

• Перше в своєму роді: Жодна галактика в ранньому Всесвіті раніше не підтверджувала наявність трьох активно акретуючих надмасивних чорних дір.
• Швидке зростання: Система свідчить про те, що галактичні злиття та взаємодії ефективно зближали чорні діри, пояснюючи, як вони могли так швидко вирости після Великого вибуху.
• Провісник гравітаційних хвиль: Тісна центральна пара є ймовірним майбутнім злиттям чорних дір, що дає природну лабораторію для вивчення подій, які виявлятиме LISA.
• Унікальна здатність JWST: Це виявлення стало можливим лише завдяки просторово розділеній спектроскопії JWST, яка дозволяє відокремлювати кілька активних ядер у далеких, тьмяних галактиках .

Результати опубліковані в препринті на arXiv.org під назвою «BlackTHUNDER: evidence for three massive black holes in a z~5 galaxy» .

Що далі

Астрономи планують провести додаткові спостереження за допомогою JWST, щоб більш детально вивчити динаміку системи та знайти подібні галактики з трьома чорними дірами в інших полях раннього Всесвіту. Відкриття відкриває нову главу в розумінні того, як наймасивніші об'єкти у Всесвіті з'явилися і як вони продовжують формувати космос через злиття.