Астрономы измерили массу спящей сверхмассивной черной дыры

Фото из открытых источников

Международная группа астрономов измерила массу спящей сверхмассивной черной дыры в галактике, расположенной на расстоянии более 10 миллиардов световых лет. Это самое дальнее измерение такого рода, когда-либо достигнутое, в 15 раз превышающее предыдущий рекорд.

Взвесить черную дыру сложно; ее нельзя положить на весы. У нас есть несколько методов для определения ее массы на основе яркости света, создаваемого вокруг нее, но это не подходит для спокойных черных дыр. Их можно измерить только благодаря звездной динамике.

Этот подход требует измерения движения звёзд, ближайших к сверхмассивной чёрной дыре. По этой причине он обычно работает только для очень близких галактик, в которых эти звёзды могут быть различимы. Теперь же сочетание двух методов позволило применить этот метод к галактике, настолько далёкой от нас, что свет, достигший нас, начал свой путь всего через 3 миллиарда лет после Большого взрыва.

Первое достижение – это острый глаз телескопа JWST. Этот космический телескоп способен видеть дальше и лучше, чем любой другой, в инфракрасной части спектра. Второе – гравитационное линзирование. Свет рассматриваемой галактики MRG-M0138 искажается и увеличивается за счет скопления галактик на переднем плане. Это позволило более детально рассмотреть ядро этого далекого объекта.

«Эти две методики позволили нам достичь углового разрешения, эквивалентного наблюдению за монетой на поверхности Луны», — заявил ведущий автор исследования Ричард Эллис из Университетского колледжа Лондона.

Эта работа, выполненная под руководством его бывшего студента Эндрю Ньюмана из Института Карнеги-Сайнс, предлагает важный подход к пониманию особенно важного периода в эволюции галактик. 

Сегодня галактики можно условно разделить на активные и спокойные. Чтобы понять происхождение спокойных галактик, иногда называемых «красными и мертвыми», разумно начать с эпохи, известной как космический полдень. Это пик звездообразования во Вселенной и время, когда сверхмассивные черные дыры начали проявлять активность, поскольку газ направлялся к ним во время столкновений галактик.

Теперь открыт путь для того, что раньше было совершенно невозможно.

Активная сверхмассивная чёрная дыра, которая превращается в так называемый квазар, может генерировать мощные ветры, которые нагревают и выталкивают газ, необходимый для образования звёзд. Поэтому, прежде чем перейти в спящее состояние, сверхмассивная чёрная дыра может полностью лишить свою галактику способности оставаться молодой и активной.

«Похоже, что эта черная дыра, должно быть, была причиной исчезновения газа примерно 200-300 (возможно, 400) миллионов лет назад», — объяснил Эллис.

Черная дыра огромна, ее масса в 6 миллиардов раз превышает массу Солнца. Это более чем в 1000 раз больше массы Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути. Звезды вокруг нее вращаются со скоростью 400 километров в секунду.

Команда намерена изучать аналогичные объекты, используя тот же подход. Подобные измерения динамики звезд с помощью телескопа JWST и гравитационного линзирования должны позволить нам понять, как галактики перестают быть активными и какую роль в этом играют черные дыры.

«Это открывает возможности для обнаружения большего количества подобных объектов, поскольку теперь мы знаем, что это технически возможно, и, следовательно, мы можем провести перепись красных и мертвых галактик, в которых больше нет молодых звезд, и мы можем увидеть, как недавно они погасили свои звезды и есть ли черная дыра, ответственная за это», — объяснил Эллис. «Теперь открыт путь для того, что раньше было совершенно невозможно».

Продолжающаяся миссия «Эвклид» также должна обнаружить больше таких объектов, подверженных гравитационному линзированию, что позволит ученым сформировать популяцию объектов-кандидатов для изучения и откроет окно в очень важный момент эволюции галактик.