Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) существовали уже тогда, когда Вселенной не было и миллиарда лет. Масса некоторых из них достигала примерно миллиарда Солнц, что странно, ведь времени на такой рост после Большого взрыва было очень мало. Напомним, массивные черные дыры растут в основном двумя способами: путем аккреции или слияния с другими аналогичными объектами.
Дополнительную загадку создали обнаруженные космическим телескопом «Джеймс Уэбб» «маленькие красные точки» — компактные источники излучения, в спектрах которых прослеживаются широкие спектральные линии водорода, что указывает на растущую ЧД. Природа точек остается неясной: среди возможных объяснений есть как активные ядра галактик, так и черные дыры, окруженные необычайно плотным газом.
Теперь, наблюдая объект MoM-BH*-1, который астрономы увидели таким, каким он был всего через 660 миллионов лет после Большого взрыва, ученые предположили, что он поможет разгадать эту загадку. На снимках, полученных с помощью «Уэбба», он выглядел как точка. То есть был виден в инфракрасном диапазоне на длинах волн от 3,6 до 7,7 микрометра, но практически исчезал на более коротких длинах волн — около 0,9-2 микрометров.
Позже выяснилось, что между двумя участками спектра находился так называемый бальмеровский скачок — падение яркости более чем в 20 раз. Он может возникать из-за поглощения света атомами водорода. Правда, в случае с MoM-BH*-1 этот скачок оказался настолько сильным, что его невозможно объяснить излучением звезд.
Кроме того, в спектре одновременно присутствовала яркая линия водорода Hβ и участки, где свет этого же водорода поглощается. Такое сочетание указывает на очень плотный газ — примерно 100 миллиардов атомов на кубический сантиметр.
Вот почему исследователи предположили, что в центре MoM-BH*-1 расположена активно растущая черная дыра, окруженная плотным газовым коконом. Она поглощает и рассеивает свет, из-за чего объект выглядит очень красным. При этом дело, вероятно, не в пыли: именно газ блокирует значительную часть коротковолнового излучения.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи смоделировали, как свет от ЧД будет проходить через плотную газовую оболочку. Модель хорошо воспроизвела основные особенности наблюдаемого спектра. В ней газ движется с большой скоростью — приблизительно 500 километров в секунду — и образует оболочку вокруг источника.
Такая оболочка, по мнению ученых, может помочь черной дыре расти быстрее. Она задерживает излучение, которое обычно препятствует падению вещества на ЧД, тем самым теоретически позволяя ей поглощать материю быстрее предела Эддингтона — максимально устойчивой скорости «питания» черной дыры.
Авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature, предположили, что похожие газовые оболочки могут быть и у некоторых «маленьких красных точек». Если к MoM-BH*-1 добавить, например, соседнюю галактику, получившийся объект будет выглядеть как типичная точка: галактика будет доминировать в ультрафиолетовой части спектра, а черная дыра — на более длинных диапазонах волн, в оптической и ближней инфракрасной частях спектра.
Таким образом, MoM-BH*-1 может помочь одновременно объяснить быстрый рост первых СМЧД и природу «маленьких красных точек». Однако пока это лишь возможный сценарий: для его проверки потребуются дальнейшие наблюдения.