Астрономы из Массачусетского технологического института (MIT) наблюдали слабый свет звезд, окружающих некоторые из самых ранних квазаров во Вселенной. Эти далекие сигналы, возникшие более 13 миллиардов лет назад, помогают исследовать эволюцию первых черных дыр и галактик.
Квазары — это сверхяркие центры активных галактик, в ядре которых находится ненасытная сверхмассивная черная дыра. В большинстве галактик центральная черная дыра иногда поглощает газ и звездный мусор, что приводит к кратковременной вспышке света. В отличие от этого, квазары поглощают огромное количество материи в течение длительных периодов времени, создавая чрезвычайно яркие и продолжительные светящиеся кольца.
Из-за своей яркости квазары затмевают остальную часть галактики. Однако команде MIT впервые удалось наблюдать слабый свет звезд в родительских галактиках трех древних квазаров. На основе этого света исследователи оценили массу каждой галактики по сравнению с массой ее центральной черной дыры. Они обнаружили, что центральные черные дыры этих квазаров были гораздо более массивными по сравнению с их галактиками, чем современные аналоги.
Эти результаты, опубликованные в Astrophysical Journal, могут пролить свет на то, как самые ранние сверхмассивные черные дыры стали такими массивными за относительно короткий космический период. Возможно, они выросли из более массивных "семян", чем современные черные дыры.
Минхао Юэ, постдок в Институте астрофизики и космических исследований Кавли при MIT, объясняет:
После Большого взрыва появились черные дыры-зародыши, которые быстро поглотили материал и выросли. Важный вопрос — как эти черные дыры могли вырасти такими большими и так быстро.
Эти черные дыры в миллиарды раз массивнее Солнца, в то время как Вселенная все еще молодая. Наши результаты указывают на то, что в ранней Вселенной сверхмассивные черные дыры набирали массу быстрее своих родительских галактик, а первоначальные зародыши черных дыр могли быть более массивными, чем современные.
Квазары были известны своей яркостью с тех пор, как астрономы впервые обнаружили их в 1960-х годах. Тогда считалось, что свет квазара исходит от одного звездообразного "точечного источника". Позже выяснилось, что квазары — это результат аккреции очень мощных черных дыр в центрах галактик, затмевающих свет звезд.
Отделить свет черной дыры квазара от света звезд родительской галактики оказалось сложной задачей. Но запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) открыл новые возможности для таких наблюдений благодаря высокой чувствительности и разрешению.
В своем исследовании Юэ и Эйлерс использовали JWST для наблюдения за шестью древними квазарами. За 120 часов наблюдений команда смогла впервые выделить свет звезд родительских галактик этих квазаров. Они обнаружили, что соотношение массы черной дыры к массе галактики у древних квазаров составляло 1:10, что резко контрастирует с современным соотношением 1:1000.
Это дает нам понимание того, что растет первым: черная дыра или галактика?. Мы видим, что в ранней Вселенной черные дыры росли быстрее своих галактик. Это говорит о том, что первоначальные семена черных дыр могли быть более массивными.
Должен был быть механизм, позволивший черной дыре набирать массу раньше своей галактики. Это первые доказательства этого, и они очень интересны.