Любой объект, которому не посчастливилось приблизиться к чёрной дыре, неизбежно становится жертвой непреодолимого гравитационного притяжения этого гигантского объекта. Но это не значит, что чёрная дыра постоянно поглощает свою следующую космическую жертву. Во многих случаях наступает момент, когда в её окрестностях просто не остаётся ничего, что можно было бы поглотить. Хотя эти спящие чёрные дыры никуда не исчезают, астрономам трудно их обнаружить и наблюдать.
Это не помешало исследователям успешно обнаружить самый далёкий из когда-либо наблюдавшихся примеров. На расстоянии более 10 миллиардов световых лет от Земли спящая чёрная дыра внутри галактики MRG-M0138 находится в 15 раз дальше, чем предыдущий рекордсмен. Как объяснили астрономы в исследовании, опубликованном 4 июня в журнале Science , эта далёкая чёрная дыра теперь предоставляет экспертам беспрецедентную возможность взглянуть на один из самых ранних регионов Вселенной.
Для достижения этого выдающегося результата исследователи использовали как космический телескоп Джеймса Уэбба, так и метод, называемый звездной динамикой, который использует движение звезд вокруг невидимой черной дыры для оценки ее массы. Этот подход ранее помог идентифицировать подобные космические объекты внутри галактик, включая нашу собственную Млечную Галактику, но никогда на таком большом расстоянии.
В большинстве случаев астрономам не удалось бы обнаружить звезды, движущиеся вокруг такой далекой черной дыры. Однако галактика, расположенная непосредственно между Землей и MRG-M0138, позволила выполнить эту, казалось бы, невыполнимую задачу благодаря динамическому явлению, известному как гравитационное линзирование. Входящий свет от звезд MRG-M0138 преломляется вокруг промежуточной галактики, которая затем перефокусируется и увеличивает свой видимый размер в 30 раз. Это позволило астрономам отслеживать и рассчитывать динамику далеких звезд вокруг спящей черной дыры.
«Объединив данные телескопа JWST с данными гравитационного линзирования, мы смогли заглянуть внутрь сферы влияния черной дыры, где ее гравитация увеличивает скорость звезд», — заявил в своем заявлении соавтор исследования и астроном из Института Карнеги-Сайнс Эндрю Ньюман. «Это один из лучших методов, которые у нас есть для измерения массы черной дыры, поэтому мы были рады расширить его применение на гораздо более ранний период космической истории».
После проведения необходимых расчетов Ньюман и его коллеги определили, что масса спящей черной дыры примерно в шесть миллиардов раз превышает массу Солнца, и что она наблюдается в эпоху, когда Вселенной было едва три миллиарда лет. Это примерно четверть ее нынешнего возраста, а значит, астрономы сейчас наблюдают одни из самых ранних моментов в космической истории.
Эксперты уже установили, что не только черная дыра MRG-M0138 находится в спящем состоянии — вся галактика в целом практически безмолвна, в ней нет недавно образовавшихся звезд. Авторы исследования также предполагают, что ранее в галактике существовал квазар, излучающий огромное количество радиации и являющийся одним из самых ярких объектов во Вселенной.
В дальнейшем астрономы смогут применять свою методологию к другим областям космоса, а также лучше понимать эволюцию галактик на протяжении тысячелетий.
«Продемонстрировав осуществимость подобной методики для галактик ранней Вселенной, мы теперь можем провести более полное исследование того, как черные дыры развивались с течением времени, и сделать выводы об их роли в формировании эволюции галактик», — добавил соавтор исследования и астроном Университетского колледжа Лондона Ричард Эллис.