В 1970-х годах астрономы пришли к выводу, что постоянный источник радиоизлучения, исходящий из центра нашей галактики, на самом деле был сверхмассивной черной дырой (СМЧД). Эта черная дыра, известная сегодня как Стрелец А*, имеет массу более 4 миллионов солнечных масс и может быть обнаружена по излучению, которое она излучает на разных длинах волн. С тех пор астрономы обнаружили, что сверхмассивные чёрные дыры находятся в центре большинства массивных галактик, некоторые из которых намного массивнее нашей! Со временем астрономы наблюдали взаимосвязь между свойствами галактик и массой их СМЧД, предполагая, что они эволюционируют одновременно.
Используя инструмент GRAVITY+ на Интерферометре Очень Большого Телескопа (VLTI), группа из Института внеземной физики Макса Планка (MPE) недавно измерила массу СМЧД в SDSS J092034.17+065718.0. На расстоянии около 11 миллиардов световых лет от нашей Солнечной системы эта галактика существовала, когда Вселенной было всего два миллиарда лет. К своему удивлению, они обнаружили, что масса сверхмассивной черной дыры составляет скромные 320 миллионов солнечных масс, что значительно меньше массы ее родительской галактики. Эти открытия могут революционизировать наше понимание взаимоотношений между галактиками и черными дырами, расположенными в их центрах.
Связь между свойствами галактики и ее СМЧД неоднократно наблюдалась в локальной Вселенной. Чтобы определить, всегда ли это было нормой, астрономы с нетерпением ждали возможности взглянуть на галактики, существовавшие во время Космического рассвета, периода вскоре после Большого взрыва, когда сформировались первые галактики. Однако по-прежнему крайне сложно (или даже невозможно) измерить массы черных дыр для этих далеких галактик традиционными прямыми методами, даже если речь идет о квазарах («квазизвездных объектах»).
Этот особенно яркий класс галактик представляет собой подмножество галактик с очень активными галактическими ядрами (АЯГ), центры которых временно затмевают все звезды диска. К счастью, телескопы и инструменты нового поколения позволяют астрономам впервые взглянуть на эти ранние галактики. Сюда входит интерферометрический прибор GRAVITY на борту VLTI, который интерферометрически объединяет свет от всех четырех 8-метровых (26,25 футов) телескопов Очень Большого Телескопа ESO, создавая единый виртуальный телескоп диаметром 130 метров (426,5 футов).
Благодаря недавним обновлениям, преемник инструмента GRAVITY (GRAVITY+) позволяет астрономам точно изучать рост черных дыр в другую критическую эпоху, называемую «Космический полдень», когда и черные дыры, и галактики быстро росли. «В 2018 году мы провели первые революционные измерения массы черной дыры квазара с помощью ГРАВИТАЦИИ. Однако этот квазар находился очень близко». — сказал Таро Симидзу, научный сотрудник Института внеземной физики Макса Планка, в пресс-релизе MPE: «Теперь мы дошли до красного смещения 2,3, что соответствует периоду ретроспективного анализа в 11 миллиардов лет».
Благодаря улучшенной производительности, обеспечиваемой GRAVITY+, астрономы могут расширить границы возможного и получать изображения черных дыр в ранней Вселенной в 40 раз более четкие, чем это возможно даже с помощью Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). С помощью GRAVITY+ команда смогла опираться на свои предыдущие наблюдения и пространственно разрешить движение газа и пыли, составляющих аккреционный диск вокруг центральной черной дыры SDSS J092034.17+065718.0. Это позволило им получить прямое измерение массы центральной черной дыры.
При массе 320 миллионов солнечных масс черная дыра на самом деле меньше массы своей родительской галактики (около 60 миллиардов солнечных масс). Это говорит о том, что родительская галактика росла быстрее, чем СМЧД в ее центре, что может означать, что для некоторых галактик существует задержка между ростом галактики и черной дыры. Сказал Цзиньи Шангуань, учёный MPE из исследовательской группы:
«Вероятным сценарием эволюции этой галактики кажется сильная обратная связь со сверхновыми, когда эти звездные взрывы выбрасывают газ из центральных областей прежде, чем он сможет достичь черной дыры в центре галактики. Черная дыра сможет начать быстро расти – и догнать рост галактики в целом – только тогда, когда галактика станет достаточно массивной, чтобы сохранять газовый резервуар в своих центральных областях даже в условиях обратной связи со сверхновыми».
В дальнейшем команда планирует провести последующие наблюдения за другими галактиками в Космический полдень и провести высокоточные измерения их центральных черных дыр. Эти наблюдения определят, является ли этот массовый дисбаланс доминирующим способом совместной эволюции ранних галактик и их СМЧД.
Дополнительная литература: Институт внеземной физики Макса Планка
