Астрономи за допомогою космічного телескопа James Webb виявили у надзвичайно далекій галактиці одразу три активні чорні діри. Вони існували менш ніж через 1,3 млрд років після Великого вибуху, а їхнє світло летіло до Землі приблизно 12,5 млрд років.
Галактика отримала позначення J0148-4214. Вчені вважають, що це перший випадок, коли три активні чорні діри вдалося знайти в одній галактиці настільки раннього Всесвіту. Результати дослідження представлені в журналі Astronomy & Astrophysics.
Як телескоп побачив невидиме
Самих чорних дір Webb безпосередньо не побачив — це неможливо, оскільки вони не випромінюють світло. Натомість спектрограф NIRSpec зафіксував швидкий рух водню в газі, який обертається навколо них.
Це дозволило оцінити масу чорних дір, швидкість поглинання речовини та властивості самої галактики.
Дві чорні діри розташовані неподалік від центру галактики — приблизно за 620 світлових років одна від одної. Одна з них має масу близько 80 млн Сонць, тоді як друга значно менша — приблизно 600 тисяч сонячних мас.
Попри невелику масу, друга чорна діра зараз активно поглинає газ із темпом, що перевищує теоретичну межу Еддінгтона. Такий режим не може тривати нескінченно: потужне випромінювання зрештою почне виштовхувати речовину з акреційного диска.
Третій об’єкт розташований приблизно за 5500 світлових років від центру. Його маса оцінюється у 2 млн сонячних мас — приблизно вдвічі менше, ніж маса чорної діри Sagittarius A* у центрі Чумацького Шляху.
Чорні діри можуть зрости завдяки зіткненням
Відкриття підтримує ідею, що в ранньому Всесвіті чорні діри могли дуже швидко збільшуватися завдяки злиттям галактик і чорних дір.
Ймовірно, третя чорна діра та, можливо, менша з двох центральних потрапили до J0148-4214 після попередніх галактичних злиттів. Якщо всі три об’єкти залишаться пов’язаними, зрештою вони можуть злитися в одну ще масивнішу чорну діру.
Однак є важлива загадка. Третя чорна діра може не прямувати до центру, а навпаки — вилітати з галактики. Це пов’язано з відомою проблемою трьох тіл: гравітаційна взаємодія трьох масивних об’єктів може викинути один із них назовні.
Точний напрямок її руху поки що визначити неможливо.
Якщо чорні діри все ж зіткнуться, таке злиття породить потужні гравітаційні хвилі. Майбутня космічна обсерваторія LISA, запуск якої Європейське космічне агентство планує на середину 2030-х років, повинна допомогти виявляти саме такі довгохвильові сигнали.
Відкриття J0148-4214 тому важливе не лише через рекордну кількість чорних дір в одній далекій галактиці. Воно дає астрономам можливість краще зрозуміти, як надмасивні чорні діри встигли вирости до гігантських розмірів на зорі Всесвіту.
