Впервые: астрономы измерили массу черной дыры из ранней Вселенной

Астрономы впервые провели прямое динамическое измерение массы сверхмассивной черной дыры из раннего периода существования Вселенной — менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Согласно данным, полученным с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), черная дыра в системе Abell 2744-QSO1 обладает массой около 50 миллионов масс Солнца и сформировалась, когда возраст Вселенной составлял всего 700 миллионов лет.

Измерение было выполнено с помощью прибора NIRSpec и метода спектроастрометрии. Это позволило исследователям составить карту скоростей вращения газа вокруг центра системы с разрешением, превышающим стандартные оптические ограничения телескопа.

Независимые модели движения газа выявили паттерн кеплеровского вращения, характерный для объектов с исключительно массивным центром, подобно движению планет вокруг Солнца. Полученное значение массы в 50 миллионов солнечных практически совпадает с результатами предыдущих косвенных оценок, основанных на вириальных методах.

При этом сама галактика выглядит аномально компактной. По оценкам ученых, ее максимальная масса составляет около 20 миллионов масс Солнца, что менее чем вдвое превышает массу центральной черной дыры.

«Этот необычный разрыв подрывает общепринятые модели, согласно которым черные дыры и галактики развиваются синхронно», — отмечают исследователи.

Специалисты допускают сценарий, при котором черная дыра сформировалась раньше самой галактики, что иногда называют «первичностью черной дыры». Согласно отчету, QSO1 является самой массивной «голой черной дырой» из обнаруженных на данный момент — активным ядром, доминирующим над окружающей его галактической структурой. Данное исследование также подтверждает надежность вириальных методов, ранее применявшихся для оценки масс черных дыр в ранней Вселенной.

Это открытие дополняет научную дискуссию вокруг загадочной популяции объектов, выявленных телескопом «Джеймс Уэбб» и получивших название «Little Red Dots» («Маленькие красные точки»). Речь идет о более чем 300 компактных красных объектах эпохи «рассвета Вселенной», многие из которых, по всей видимости, содержат сверхмассивные черные дыры, возникшие значительно раньше, чем предсказывали существующие космологические модели. По оценкам, «Little Red Dots» составляют от 15% до 30% активных галактических ядер ранней Вселенной.

Ранее в научной среде высказывались предположения, что оценки массы таких объектов могут быть завышены или что они представляют собой «звезды черных дыр» — гипотетические тела, где в центре звезды вместо термоядерного синтеза находится молодая черная дыра. Астроном Рафаэль Ховидинг прокомментировал ситуацию следующим образом:

«Если результаты точны, они прямо противоречат гипотезе "звезд черных дыр".»

Успешное картирование движения газа с разрешением ниже официальных пределов JWST позволило подтвердить кеплеровское вращение и провести первое в своем роде прямое измерение массы объекта столь ранней эпохи.