Звездный свет и первые черные дыры: обнаружены галактики — хозяева квазаров в ранней Вселенной

Новое исследование международной команды ученых, опубликованное в журнале Nature, показало, что массы черных дыр почти в миллиард раз превышают массу Солнца, а массы галактик-хозяев примерно в 100 раз больше — соотношение, аналогичное тому, что обнаружено в более поздней Вселенной. Мощная комбинация японского телескопа Subaru и орбитальной обсерватории JWST проложила новый путь к изучению древней Вселенной.

Существование столь массивных черных дыр в древней (и потому далекой от нас) Вселенной породило у астрофизиков больше вопросов, чем ответов. Как эти черные дыры могли вырасти до таких размеров, когда Вселенная была такой молодой?

Еще более загадочным остается то, что наблюдения в локальной Вселенной показывают четкую связь между массой сверхмассивных черных дыр и гораздо более крупными галактиками, в которых они находятся. Галактики и черные дыры имеют совершенно разные размеры, так что же появилось первым — черные дыры или галактики? 

Группа исследователей из Японии, Франции, Германии, США и других стран начала отвечать на этот вопрос с помощью JWST.

Яркий свет квазаров затрудняет астрономам обнаружение тусклого света галактики, особенно на больших расстояниях. До JWST космический телескоп «Хаббл» смог найти галактики — хозяева светящихся квазаров, когда возраст Вселенной достигал чуть менее трех миллиардов лет. 

Превосходная чувствительность и сверхрезкие изображения JWST в волнах инфракрасной части спектра позволили исследователям перенестись во время, когда впервые сформировались квазары и галактики. Команда наблюдала два квазара, HSC J2236 + 0032 и HSC J2255 + 0251, когда Вселенной было приблизительно 860 миллионов лет.

Изображения двух квазаров были сделаны в инфракрасном диапазоне длин волн 3,56 и 1,50 микрона прибором NIRCam. Галактики-хозяева стали видны после тщательного моделирования и вычитания бликов от окрестностей аккрецирующих черных дыр. В спектре, полученном NIRSPEC JWST для J2236+0032, были и следы излучения звезд этой галактики.

Анализ показал, что эти две галактики имеют массы в 130 и 34 миллиарда раз больше массы Солнца. Измерение скорости турбулентного газа вблизи квазаров по спектрам NIRSPEC позволяет предположить, что черные дыры — являющиеся их центрами — также велики и их масса в 1,4 и 0,2 миллиарда раз превышает массу нашего светила.

Соотношение массы черной дыры к массе галактики-хозяйки аналогично соотношению масс галактик в более недавнем прошлом. На основе этого можно допустить, что факторы, определяющие соотношение между массой черной дыры в центре галактики и массой ее галактики-хозяина, существовали уже через 860 миллионов лет после Большого взрыва.