Найден ключ к пониманию формирования сверхмассивных черных дыр в молодой Вселенной

Считается, что сверхмассивные черные дыры формируются на протяжении миллиардов лет, сливаясь с другими дырами и поглощая окружающую материю. Но мы находим такие огромные объекты в молодой Вселенной. Астрономы выдвигают разные предположения о том, как первые сверхмассивные дыры могли сформироваться за очень короткий, по астрономическим меркам, отрезок времени. Возможно, новое открытие поможет разобраться в этом вопросе.

«Обнаруженный объект соединяет собой две редкие популяции небесных объектов: пыльные звездообразующие галактики (DSFGs) и яркие квазары. С его помощью нам удастся разобраться, как в ранней Вселенной могли быстро формироваться сверхмассивные черные дыры», — комментирует Сейджи Фуджимото (Seiji Fujimoto), постдокторант из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете. Результаты исследования международная команда ученых опубликовала в журнале Nature.

Квазары — одни из самых ярких источников радиоизлучения во Вселенной. С помощью снимков «Хаббла» и других мощных телескопов астрономы определили, что квазары всегда находятся в центрах галактик. Закрепилось предположение, что квазары — это сверхмассивные черные дыры, активно поглощающие окружающую материю. Падая в дыру, материя нагревается из-за трения и начинает ярко светиться.

На момент формирования объекта GNz7q, каким мы его видим, Вселенной было всего 750 миллионов лет. Он находится в центре галактики, где звезды рождаются в 1600 раз быстрее, чем в Млечном пути. Галактика и объект ярко светятся в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Такое свечение не может быть вызвано одной лишь галактикой, но отчасти совпадает с паттерном излучения от активной черной дыры.

Обычно края аккреционного диска черной дыры светятся ультрафиолетовым излучением, а центр — рентгеновским. В галактике с объектом GNz7q «Хаббл» засек ультрафиолетовое свечение, но не обнаружил рентгеновское. Получается, центр галактики всё еще скрыт нагретой пылью, которая объясняет инфракрасное свечение, а вот внешние регионы от пыли уже избавились.

Такая интерпретация данных полностью совпадает с теоретическими предположениями о формировании первых сверхмассивных черных дыр. Как объясняет астрофизик Гэбриэль Браммер (Gabriel Brammer) из Института Нильса Бора, «теоретики предсказывали, что такие черные дыры росли очень быстро: в пыльной звездообразующей галактике появлялся компактный объект, красный из-за окружающей пыли, но, отбросив пыль и газ, он становился ясным и ярким».

Ученые уже находили в молодой Вселенной яркие квазары, однако найти такой объект на этапе формирования удалось впервые.

Любопытно, что объект GNz7q нашелся в центре хорошо изученного кусочка неба, так называемого Hubble GOODS North field. Заметить его удалось благодаря подробной базе данных в широком диапазоне волн. Теперь команда ученых планирует целенаправленно искать объекты подобные GNz7q, в том числе с помощью данных, которые поступят от космического телескопа «Джеймс Уэбб».