Учёные, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружили одинокие сверхмассивные квазары, питаемые энергией чёрных дыр, на расстоянии 13 миллиардов лет назад. Это открытие ещё больше запутывает загадку того, как некоторые чёрные дыры выросли до масс, эквивалентных миллионам или даже миллиардам солнц, когда Вселенной было менее миллиарда лет.
Результаты были получены после того, как группа учёных использовала JWST для изучения окружения пяти самых ранних известных квазаров, которые образовались, когда Вселенной было от 600 до 700 миллионов лет. Группа обнаружила, что окружение этих квазаров, известное как «квазарные поля», было на удивление разнообразным. Некоторые из них представляли собой плотно упакованные окружения, которые предсказывали учёные, а другие представляли собой малонаселённые «пустые кладовые», которые с трудом могли бы питать рост сверхмассивных чёрных дыр.
Изображение древнего сверхмассивного квазара, питаемого чёрной дырой, в ранней Вселенной, полученное телескопом JWST. Источник: Christina Eilers / EIGER team
«Вопреки прежним представлениям, мы обнаружили, что в среднем эти квазары не обязательно находятся в областях с самой высокой плотностью в ранней Вселенной. Некоторые из них, похоже, находятся где-то в "глуши". Трудно объяснить, как эти квазары могли вырасти такими большими, если им, по-видимому, нечем было питаться», — рассказала доцент кафедры физики Массачусетского технологического института Анна-Кристина Эйлерс.
Сверхмассивные чёрные дыры, как полагают, скрываются в сердце всех крупных галактик в относительно современной Вселенной. Поскольку ни одна звезда не является достаточно большой, чтобы сколлапсировать, а чёрные дыры обладают колоссальными массами, учёные считают, что сверхмассивные чёрные дыры должны формироваться иными способами, чем чёрные дыры звёздной массы с массами от 10 до 100 масс Солнца, образовавшиеся в результате гибели массивных звёзд.
Сверхмассивные чёрные дыры могут расти за счёт слияний всё более крупных чёрных дыр, предполагают модели — однако проблема в том, что этот процесс должен занять более 1 миллиарда лет. Тем не менее, JWST видит сверхмассивные чёрные дыры, которые образовались за гораздо меньшее время.
Их можно увидеть, потому что они находятся в турбулентных, богатых газом средах, называемых активными ядрами галактик (AGN), из которых они питаются, что также способствует их росту. Огромная масса чёрных дыр в этих средах заставляет облака газа и пыли вокруг них ярко светиться, часто затмевая объединённый свет каждой звезды в галактике, в которой они находятся. Этот свет, в триллионы раз ярче Солнца, указывает на квазар. Однако сверхмассивным чёрным дырам нужна «служба доставки», чтобы снабжать их газом и пылью для достижения этой невероятной светимости.
