Спящий великан: астрономы обнаружили древнюю черную дыру массой в 6 млрд масс

Черная дыра находится в галактике MRG-M0138. Она спит — то есть не поглощает газ и не излучает свет. Обычно астрономы замечают черные дыры в момент активности: когда вещество падает в них, оно разогревается и начинает светиться настолько ярко, что видно из любой точки Вселенной. Такие активные черные дыры называют квазарами. Квазар — это центр галактики, который работает как гигантская электростанция и бьет в пространство потоками энергии.

Астрономы узнали, как квазары подавили звездообразование в ранней Вселенной

Когда черная дыра не ест, она невидима. Поэтому ученым пришлось измерять ее массу косвенно: они следили за тем, как движутся звезды вокруг центра галактики. Звезды, которые оказались ближе к черной дыре, летели быстрее тех, что находились дальше. По этой разнице скоростей команда и вычислила, насколько мощная гравитация скрыта в центре. Такой метод называется звездной динамикой — прежде его применяли только для близких галактик. Впервые он сработал на таком гигантском расстоянии.

До MRG-M0138 самой далекой галактикой, где использовали этот метод, была расположена примерно в 700 миллионов световых лет от нас. Новая находка бьет тот рекорд сразу в 15 раз.

Наблюдать за движением звезд в галактике на расстоянии 10 миллиардов световых лет — технически почти невозможно. Команда справилась благодаря двум вещам сразу. Первое — телескоп «Джеймс Уэбб», который улавливает свет с беспрецедентной чувствительностью. Второе — гравитационное линзирование. Между Землей и MRG-M0138 случайно оказалась другая галактика, которая своей гравитацией изогнула и усилила свет далекого объекта. В итоге изображение увеличилось в 30 раз, и ученые смогли рассмотреть внутреннюю структуру галактики с такой детализацией, которая иначе была бы недостижима.

Navid Marvi/Carnegie ScienceТелескоп «Джеймс Уэбб» и гравитационное линзирование позволили международной группе астрономов во главе с Эндрю Ньюманом из Института Карнеги-Сайнс впервые измерить массу спящей черной дыры из ранней Вселенной

Гравитационное линзирование — это эффект, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна: массивное тело (например, галактика) действует как огромная лупа и изгибает лучи света, которые проходят рядом с ней. На снимках «Джеймса Уэбба» одна и та же далекая галактика MRG-M0138 видна четыре раза — потому, что ее свет огибает линзу сразу с нескольких сторон.

Черная дыра существовала, когда Вселенной было всего около 3 миллиардов лет — примерно пятая часть ее нынешнего возраста. При этом она уже тогда набрала массу, сопоставимую с самыми тяжелыми черными дырами из тех, что известны сегодня. Это ставит перед астрофизиками вопрос: как она вообще успела так вырасти?

Судя по всему, MRG-M0138 пережила период бурной активности в прошлом. Вся галактика тоже выглядит мертвой — новые звезды в ней больше не рождаются. Ученые полагают, что в то время, когда черная дыра быстро росла, она выбрасывала в пространство столько энергии, что разогрела или вытолкнула весь газ в галактике. Газ — это материал, из которого делаются звезды. Без него звездообразование остановилось.

Раньше связь между ростом черной дыры и выключением галактики изучали только на относительно близких примерах. Теперь ученые знают, что эта связь наблюдалась уже в ранней Вселенной. Исследователи рассчитывают, что «Джеймс Уэбб» поможет найти и другие подобные объекты — и тогда можно будет понять, как черные дыры формировали галактики в первые миллиарды лет после Большого взрыва.

На обложке фото NASA/JWST