Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил поразительно компактную по астрономическим меркам систему из трех массивных черных дыр. Она расположена в 12,5 миллиардах световых лет от нас, и ученые удивлены, что столь сложная система смогла сформироваться так скоро после Большого взрыва.
«Эту систему мы наблюдаем в самых ранних, самых далеких эпохах существования Вселенной. Как же так вышло, что всего через миллиард с небольшим лет после Большого взрыва три сверхмассивные черные дыры уже образовались и оказались в тесной близости друг от друга?» — недоумевает астрофизик Дугал Доби из Сиднейского университета.
Статья об открытии вышла в журнале Astronomy & Astrophysics. Оно стало результатом наблюдений, проводившихся JWST в декабре 2024 года. Тогда установленный на нем спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec нацелили на галактику J0148-4214 и включили в режим IFU, когда на спектр раскладывается каждый пиксель.
«Мы сразу же обратили внимание, что профиль центрального излучения галактики имеет причудливую форму», — вспоминает астрофизик Ханна Юблер из Института внеземной физики Общества Макса Планка, ведущий автор исследования.
Детальный анализ показал в центре галактики две обособленные области, наполненные быстро движущимся водородом. Это указывает на наличие двух аккрецирующих черных дыр, разделенных расстоянием около 620 световых лет — в космических масштабах буквально рукой подать.
«Изучая галактику целиком, мы также заметили еще одну область на ее окраине, где тоже присутствует высокоскоростной водород. Это означает существование третьей, также растущей черной дыры», — продолжает Юблер.
Расстояние от этой окраинной дыры до центральной пары превышает 5500 световых лет.
«Мы рассмотрели множество альтернативных версий — от модели с одной-единственной черной дырой до сценариев со сверхновыми, ударными волнами, звездными ветрами и массивными звездами. Однако ни одна из них не удовлетворила нас или попросту противоречила имеющимся данным и результатам предыдущих наблюдений этой системы», — объясняет исследовательница.
Первая система из трех черных дыр на заре мироздания
До сих пор не было четких доказательств существования тройных систем сверхмассивных черных дыр в первые 1,2 миллиарда лет космической истории, подчеркивает Юблер.
«Это открытие показывает, что в ранней Вселенной процессы, сводящие массивные черные дыры вместе, были весьма эффективны. Кроме того, оно позволяет предположить, что слияния черных дыр могли служить дополнительным быстрым путем их стремительного роста в ту далекую эпоху», — добавляет она.
Вероятнее всего, авторы верно истолковали результаты наблюдений JWST, оценивает астроном Кэролайн Фостер из Университета Нового Южного Уэльса. По ее словам, широкие линии водорода в спектре и четкие пики на карте скоростей лучше всего объясняются наличием двух отдельных объектов.
«Что касается третьей дыры — она дальше от центра, поэтому ее идентификация гораздо надежнее. Возможно, она только сейчас падает в эту галактику, а может быть, наоборот, была выброшена оттуда в результате гравитационного взаимодействия с двумя другими», — допускает Фостер.
Задание потомкам
По ее мнению, сразу три черные дыры в непосредственной близости друг от друга дают основания предположить, что сравнительно недавно здесь произошло слияние отдельных галактик. Хотя по мере накопления новых наблюдательных данных могут появиться и другие трактовки.
Модель тройной системы «выглядит наиболее убедительной интерпретацией тех данных, которые получили ученые», согласен Доби. Он также выражает уверенность, что с вводом в строй новых телескопов и развитием технологий будет обнаружено еще множество подобных галактик.
По прогнозам ученых, сами черные дыры тоже столкнутся. Две ближайшие друг к другу — примерно через 700 миллионов лет, судьба той, что подальше, не так однозначна — она либо сольется с основными позже, либо будет выброшена прочь. Сигналы от слияния предстоит зафиксировать нашим потомкам с помощью космического детектора гравитационных волн.