В ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры могли расти и сближаться быстрее, чем предполагают некоторые модели. Астрономы обнаружили три активно поглощающие материю черные дыры в одной далекой галактике. Две из них расположены близко друг к другу и, вероятно, со временем сольются, а третья находится на значительном удалении от центра. О том, что находка рассказала о росте черных дыр в ранней Вселенной, — в материале «Известий».

Международная команда под руководством специалистов Института внеземной физики Общества Макса Планка обнаружила три активные сверхмассивные черные дыры в галактике J0148-4214. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics. Галактика находится на расстоянии более 12,5 млрд световых лет от Земли, поэтому ученые наблюдают ее такой, какой она была примерно через 1,2 млрд лет после Большого взрыва.

Две черные дыры расположены в центральной области галактики на расстоянии около 620 световых лет друг от друга. Третья находится значительно дальше — примерно в 5,5 тыс. световых лет от центра. Все три объекта активно поглощают окружающее вещество, которое образует вращающиеся вокруг них диски.

Ханна Юблер, руководитель исследовательской группы Института внеземной физики Общества Макса Планка и ведущий автор работы

Это первое свидетельство существования трех активных черных дыр в одной галактике в далекой Вселенной.

По расчетам исследователей, масса самой крупной черной дыры составляет около 80 млн масс Солнца. Два других объекта значительно меньше: их масса оценивается примерно в 600 тыс. и 2 млн масс Солнца. При этом крупнейшая черная дыра не оказалась самой быстрорастущей.

Наиболее активно вещество поглощает объект массой около 600 тыс. Солнц. По оценкам ученых, скорость его роста превышает предел Эддингтона — теоретический предел темпа аккреции, то есть поступления вещества на черную дыру, в базовых моделях. Такое поведение может помочь объяснить, каким образом некоторые черные дыры достигли огромных размеров на ранних этапах существования Вселенной.

Джованни Маццолари, исследователь Института внеземной физики Общества Макса Планка и соавтор исследования

Данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволили нам не только обнаружить три черные дыры, но и оценить их массы, скорость аккреции и звездную массу галактики. Мы обнаружили, что общая звездная масса составляет около 1,3 млрд солнечных масс и черные дыры составляют значительную ее часть.

Непосредственно увидеть черные дыры невозможно, поэтому исследователи изучили излучение водорода в галактике. Под действием сильной гравитации газ вблизи черных дыр движется с огромной скоростью, оставляя характерные признаки в спектре света. В центральной области J0148-4214 ученые обнаружили сложную картину излучения, которую лучше всего объясняло присутствие двух близко расположенных объектов, а не одного.

Наблюдения провели с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» и его прибора, работающего в режиме интегральной спектроскопии поля. Он позволил изучить, как характеристики света меняются в разных участках галактики, даже несмотря на то, что два центральных объекта нельзя было различить как отдельные точки.

По данным исследователей, без такого подробного анализа астрономы могли бы принять излучение всех трех черных дыр за сигнал одного объекта. Авторы считают, что другие далекие галактики также могут скрывать несколько растущих черных дыр, которые пока не удалось обнаружить.

По данным ученых, две черные дыры в центральной части галактики могут слиться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. В результате образуется еще более массивный объект. Подобные слияния могли играть важную роль в быстром росте черных дыр в ранней Вселенной, когда на формирование космических гигантов было сравнительно мало времени.

Роберто Майолино, профессор Кембриджского университета и соавтор исследования

Эти результаты чрезвычайно интересны. Они указывают на то, что слияния черных дыр могли стать дополнительным быстрым путем их роста в ранней Вселенной.

Происхождение третьей черной дыры пока остается загадкой. По одной из гипотез, она оказалась на окраине галактики после предыдущего слияния: если гравитационные волны при таком событии излучаются неравномерно, образовавшаяся черная дыра может получить импульс и сместиться от центра. Согласно другой версии, объект постепенно движется к центральной области и в будущем может взаимодействовать с двумя другими черными дырами.

Авторы исследования считают, что поиск подобных систем поможет восстановить историю слияний черных дыр и лучше понять, как сверхмассивные объекты успели сформироваться на ранних этапах существования Вселенной. Однако пока неизвестно, насколько часто такие системы встречаются в далеких галактиках.