Астрономы нашли кандидата в звено между зародышами массивных черных дыр и яркими квазарами

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» подтвердил обнаружение гравитационно линзированного квазара с активно растущей сверхмассивной черной дырой, который существовал в эпоху, когда возраст Вселенной составлял около семисот миллионов лет. Квазар выделяется необычно большим соотношением между массой черной дыры и звездной массой галактики и может быть переходным этапом между зародышами сверхмассивных черных дыр и яркими квазарами. Статья опубликована в журнале Nature.

Случаи открытий квазаров, содержащих сверхмассивные черные дыры и существовавших уже в первый миллиард лет жизни Вселенной, требуют объяснения механизма быстрого набора массы черными дырами за короткий временной промежуток. Зародышами сверхмассивных черных дыр в теории могут выступать черные дыры с массами до 100-150 масс Солнца, рожденные при гибели первых низкометалличных звезд, или черные дыры с массами 10⁴−10⁵ масс Солнца, образованные в ходе прямого коллапса газовых облаков. Проверить модели роста с разными типами зародышей можно путем наращивания выборки исследованных очень далеких квазаров.

Группа астрономов во главе с Лукасом Фуртаком (Lukas Furtak) из Университета имени Давида Бен-Гуриона в Негеве сообщила о подтверждении открытия очень далекого квазара Abell2744-QSO1 и результатах определения его свойств. Этот объект первоначально был найден летом прошлого года на снимках, полученных камерой NIRCam «Джеймса Уэбба» в рамках программы UNCOVER, в текущей работе ученые занимались анализом спектроскопических данных наблюдений прибора NIRSpec «Джеймса Уэбба», а также данных наблюдений радиотелескопа ALMA и рентгеновского телескопа «Чандра». Квазар находится за массивным скоплением галактик Abell 2744, работающим как гравитационная линза, которое создает три точечных изображения квазара — по бокам и выше от скопления.

Исследователи определили, что все три изображения квазара относятся к одному и тому же объекту — сильно покрасневшему из-за пыли активному галактическому ядру на красном смещении z=7,045. Масса центральной черной дыры оценивается в тридцать миллионов масс Солнца, а болометрическая светимость квазара составляет 1,1×10⁴⁵ эрг в секунду. Расчетный темп аккреции вещества на черную дыру — около 0,1 массы Солнца в год, что составляет около тридцати процентов от критического темпа, определяемого пределом Эддингтона для сферической аккреции.

Верхний предел звездной массы родительской галактики квазара составляет 1,4×10⁹ масс Солнца, сосредоточенной в области размером не более тридцати парсек. Таким образом соотношение между массой черной дыры и звездной массой галактики оказывается на уровне более трех процентов. Это экстремально большое значение по сравнению с галактиками из Местной Вселенной (на уровне 0,1 процента), но похоже на некоторые недавно открытые очень далекие галактики с активными ядрами.

Ученые предполагают, что черная дыра в A2744-QSO1 находится в фазе активного роста, а сама система может быть промежуточным звеном между зародышами черных дыр и первыми очень яркими квазарами. Кроме того, подобные покрасневшие активные ядра с растущими черными дырами могут сильно чаще встречаться в рассматриваемую эпоху по сравнению с квазарами, обнаруженными по ультрафиолетовому излучению.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые обнаружили самый быстрорастущий квазар во Вселенной.