Наблюдения JWST за Вселенной, какой она была 12-13 миллиардов лет назад, указывают на то, что сверхмассивные черные дыры в центрах ранних галактик были массивнее, чем ожидалось. Это открытие потенциально прокладывает путь к лучшему пониманию того, как образовались сверхмассивные черные дыры и как они и их галактики эволюционируют, рассказывается здесь.
Почти все крупные галактики в ближайшей Вселенной имеют в своем сердце сверхмассивную черную дыру с массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Массы обычно связаны со свойствами галактики-хозяина - такими, как общая масса галактики в звездах, диапазон скоростей, с которыми звезды вращаются вокруг центра галактики и прочее. И астрономы до сих пор спорят, почему существуют эти взаимосвязи.
Один из способов узнать причину - посмотреть, меняются ли закономерности, когда мы оглядываемся назад к ранней Вселенной. Астрономы давно подозревали, что закономерности меняются, и действительно, наблюдения намекают на то, что ранние черные дыры могут быть больше, чем ожидалось, исходя из отношений с их галактиками, которые мы видим в современной Вселенной.
Но это не просто. Когда мы оглядываемся на первые пару миллиардов лет существования Вселенной, обнаружить массивные черные дыры становится гораздо сложнее. Сияние их аккреционных дисков может быть заглушено светом галактик-хозяев или скрыто за окружающими их облаками пыли и газа. Более крупные черные дыры, которые безумно поглощают газ, легче всего заметить, и это потенциально искажает наши оценки.
Фабио Пакуччи из Гарвардского-Смитсоновского Центра астрофизики и другие исследователи из разных учреждений решили этот вопрос, используя спектроскопические данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Спектроскопия может обнаружить черные дыры, как не могут другие методы. Такие обнаружения дают нам возможность лучше заглянуть в черные дыры на этих ранних стадиях и сравнить их свойства со свойствами галактик, в которых они находятся.
Исследователи взяли выборку из 21 сверхмассивной черной дыры из ранее опубликованных обзоров JWST. Каждый объект имеет оценку массы, основанную на скорости вращения вокруг него водородного газа, который показывает гравитационное притяжение объекта. Сияние этих черных дыр также не затмевает сияние их галактик, что позволяет астрономам оценить, насколько большими являются галактики-хозяева.
В галактиках локальной Вселенной общая масса звезд в 1000 раз превышает массу центральной черной дыры. Но команда обнаружила, что этот набор далеких черных дыр является "сверхмассивным": Они в 10 или даже 100 раз больше, чем мы могли бы ожидать, исходя из звездных масс галактик.
По словам Пакуччи, статистически команда не может объяснить массу этих черных дыр как отклонение от нормального соотношения. Недавно с помощью JWST и Чандры астрономы обнаружили дополнительные, еще большие черные дыры в ранней Вселенной, которые, похоже, также следуют этой новой тенденции.
По словам Яна-Торге Шиндлера из Гамбургской обсерватории, который не участвовал в работе, это исследование является надежным анализом передовых данных JWST. Но он добавляет, что понятие "передовые" имеет определенные оговорки. Интерпретация данных может быть сложной, особенно если черные дыры лежат близко к границе обнаружения. Кроме того, астрономы все еще пытаются понять природу этих черных дыр на ранних стадиях.
Возможно, эти черные дыры родились сразу большими, образовавшись, когда коллапсировали огромные облака газа, а не образовались из ядер звезд, которые взорвались как сверхновые. Тем не менее, данные не исключают черные дыры, созданные звездами.