Почти в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра. Миллионы, а иногда и миллиарды солнечных масс заперты в горизонте событий пространства и времени. Они могут питать светящиеся квазары, стимулировать звездообразование и изменять эволюцию галактики. Из-за своего размера и распространенности сверхмассивные черные дыры, должно быть, образовались на ранних этапах космической истории. Но насколько рано – вопрос без ответа. Этому посвящено недавнее исследование arXiv.
Команда сосредоточилась на далеких квазарах. Поскольку светимость черной дыры частично зависит от размера черной дыры, ее можно использовать как способ измерения массы ранних сверхмассивных черных дыр. Хотя квазары довольно распространены в ранней Вселенной, команда хотела изучить самые далекие квазары, которые могут показаться нам довольно тусклыми. Поэтому они использовали несколько обзоров неба JWST, включая COSMOS-Web, JADES, UNCOVER, CEERS и PRIMER.
В результате этих обзоров они идентифицировали 350 компактных галактик с красным смещением, превышающим z = 6. Свет от этих галактик начал свое путешествие к Земле, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, что сделало их одними из самых ранних галактик. Из них 64, по-видимому, имели квазары, что указывает на наличие активной сверхмассивной черной дыры. Затем они сравнили светимость и красное смещение, чтобы определить возраст и массу черных дыр. Выборка из 64 штук невелика, но ее достаточно, чтобы команда применила моделирование Монте-Карло, чтобы определить, как развивались черные дыры.
Они обнаружили, что статистически эти ранние сверхмассивные черные дыры были большими по сравнению с их галактиками и имели массу до десяти миллионов солнечных масс по сравнению с галактической массой в несколько миллиардов Солнц. Это соотношение выше, чем у локальной Вселенной, что предполагает, что черные дыры формируются раньше, когда их галактика мала, а не позже, когда галактика больше и более развита. Это поддерживает модель прямого коллапса сверхмассивных черных дыр, а не идею о том, что их масса увеличивается за счет слияния меньших черных дыр.
Авторы отмечают, что в их данных присутствует некоторая погрешность наблюдений. Из-за ограничений наблюдения мы с большей вероятностью увидим более яркие и, следовательно, более массивные ранние черные дыры. Таким образом, хотя это исследование показывает, что по крайней мере некоторые ранние сверхмассивные черные дыры образовались в результате прямого коллапса, это не означает, что все они образовались в результате прямого коллапса.
Но в стадии разработки находятся новые исследования глубокого космоса, и, имея больше данных, у нас будет больше ранних черных дыр для изучения. Сейчас мы знаем о десятках ранних сверхмассивных черных дыр. Когда их количество вырастет до сотен, мы сможем понять различное происхождение галактических черных дыр.
Ссылка: Андика, Ирхам Т. и др. «Отслеживание возникновения сверхмассивных черных дыр: панхроматический поиск слабых, незатененных квазаров с z > 6 с помощью COSMOS-Web и других исследований». препринт архива arXiv:2401.11826 (2024).
