Давным-давно в двух далеких-далеких галактиках слились две массивные черные дыры. Это произошло, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Команда астрономов использовала JWST для изучения этого события, самого отдаленного (и самого раннего) обнаружения слияния черных дыр за всю историю.
Такие столкновения довольно распространены в более современные эпохи космической истории, и астрономы знают, что они приводят к образованию еще более массивных черных дыр в центрах галактик. В результате возникнут сверхмассивные черные дыры, которые могут содержать миллионы миллиардов солнечных масс. Они во многом влияют на эволюцию своих галактик.
Используя JWST и HST, астрономы находили гигантские черные дыры все раньше и раньше в космическом времени, в течение первого миллиарда лет истории Вселенной. Возникает вопрос: как они так быстро стали такими массивными? Черные дыры аккумулируют материю по мере своего роста, и для самых сверхмассивных из них их сталкивающиеся галактики являются частью этой истории сбора материи.
Что JWST показывает нам о слиянии ранних черных дыр
Самые последние наблюдения JWST были сосредоточены на системе под названием ZS7. Это слияние галактик, в ходе которого встречаются две очень ранние системы, наполненные сталкивающимися черными дырами. Это не то, что астрономы могут обнаружить с помощью наземных телескопов. Само слияние находится довольно далеко. Плюс расширение Вселенной расширяет ее свет в инфракрасную часть электромагнитного спектра. Это делает его недоступным с поверхности Земли. Однако инфракрасное излучение можно обнаружить с помощью спектрометра ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec). По словам астронома Ханны Юблер из Кембриджского университета в Великобритании, он может найти следы слияний в ранней Вселенной.
«Мы обнаружили доказательства существования очень плотного газа с быстрыми движениями вблизи черной дыры, а также горячего и сильно ионизированного газа, освещенного энергетическим излучением, обычно производимым черными дырами в периоды их аккреции», — сказал Юблер, ведущий автор. на бумаге об открытии. «Благодаря беспрецедентной четкости своих возможностей визуализации Уэбб также позволил нашей команде пространственно разделить две черные дыры».
Эти черные дыры довольно массивны: одна из них содержит около 50 миллионов солнечных масс. Другой, вероятно, имеет примерно такую же массу, но это трудно сказать, поскольку он находится в области плотного газа. По словам астронома Пабло Г. Переса-Гонсалеса из Центра астробиологии (CAB), CSIC/INTA в Испании, звездные массы галактик относят их примерно к той же звездной массе, что и близлежащее Большое Магелланово Облако. «Мы можем попытаться представить, как могло бы повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если бы в каждой галактике была одна сверхмассивная черная дыра такого же размера или больше, чем та, что есть в Млечном Пути».
Другие последствия слияния черных дыр на Космическом рассвете
Анализ наблюдений JWST подтверждает идею о том, что слияния являются важным способом роста черных дыр. По мнению Юлера, это особенно верно для ранней Вселенной. «Вместе с другими открытиями Уэбба об активных массивных черных дырах в далекой Вселенной наши результаты также показывают, что массивные черные дыры с самого начала определяли эволюцию галактик».
Многие активные ядра галактик (АЯГ) в самой ранней Вселенной связаны с довольно массивными черными дырами. Вероятно, это часть общего процесса слияния в ранние эпохи. Астрономы хотят знать, когда начались эти слияния. Это помогло бы им определить рост центральных сверхмассивных черных дыр. Слияния такого рода являются вероятным путем роста черных дыр на столь ранних этапах космического времени.
Вот почему астрономы так стремятся обнаружить их с помощью JWST и будущих телескопов. Они содержат ключ к пониманию эволюции галактик и черных дыр в зачаточном состоянии Вселенной. Улер и члены ее команды отмечают это в своей статье, заявляя: «Наши результаты, похоже, подтверждают сценарий неизбежного массового слияния черных дыр в ранней Вселенной, подчеркивая это как дополнительный важный канал для раннего роста черных дыр. Вместе с другими недавними открытиями в литературе это говорит о том, что слияние массивных черных дыр в далекой Вселенной является обычным явлением».
Конечно, эти слияния не просто генерируют свет, который мы можем обнаружить с помощью JWST. Они также генерируют очень слабые гравитационные волны. Но есть надежда обнаружить эти волны с помощью будущей космической антенны лазерного интерферометра (LISA). Он появится в 2030-х годах и сможет сосредоточиться на типах слияний галактик и черных дыр, которые JWST обнаруживает сегодня в инфракрасном свете.
Для дополнительной информации
Уэбб обнаружил самое отдаленное на сегодняшний день слияние черных дыр
GA-NIFS: JWST обнаружил смещенную AGN через 740 миллионов лет после Большого взрыва
