Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) виявив надмасивну чорну діру, яка до цього малася на вигляд непомітною в оптичних спостереженнях. Об’єкт із прізвиськом Virgil поводить себе як «дволика» система: у видимому світлі – типова молода галактика, що активно формує зорі, а в середньому інфрачервоному спектрі, який фіксує інструмент MIRI (Mid-Infrared Instrument) на JWST, вона розкриває в центрі потужне ядерне джерело – надмасивну чорну діру, сховану за товщею пилу.
Два обличчя однієї галактики
Астрономи на чолі з Джорджем Ріке (George Rieke) з Університету Арізони описують Virgil як «галактику з двома персоналіями». Ріке, знаний дослідник інфрачервоних спостережень і один із співкерівників дослідження, пояснює: ультрафіолетове та оптичне випромінювання показує «гарну» сторону об’єкта – багатство зоряного народження та відносна прозорість. Проте додавання даних MIRI змінює картину: у середньо-інфрачервоному діапазоні пробивається тепле випромінювання від дуже енергійного ядра, що видає величезну кількість енергії й свідчить про активне поглинання речовини надмасивною чорною дірою.
Що показує JWST і чому це важливо
Спостереження JWST дозволяють бачити далекі об’єкти такими, якими вони були мільярди років тому. Світло з Virgil долетіло до нас так, що телескоп бачить галактику приблизно 800 мільйонів років після Великого вибуху; для порівняння, вік Всесвіту нині оцінюють приблизно у 13,8 мільярда років. Через розширення космосу світло від таких віддалених джерел зміщується в довші хвилі – у інфрачервону область – тому лише інструменти, чутливі саме до цих довжин хвиль, здатні виявити приховані процеси в ранніх галактиках.
«Маленькі червоні точки» та надмасивні чорні діри
Virgil віднесли до класу об’єктів, які в англомовних працях називають little red dots (LRD) – «маленькі червоні точки». Ці червоні об’єкти широко зустрічаються у спостереженнях JWST на епохах приблизно 600 мільйонів після Великого вибуху з подальшим стрімким зменшенням їхньої кількості близько 1,5 мільярда років. Причини їх появи й подальшої еволюції досі не до кінця зрозумілі, але накопичення спостережень типу Virgil дозволяє пов’язати LRD із активними надмасивними чорними дірами, замаскованими пилом.
Твердження про «надмасивність» чорної діри означає, що її маса несподівано велика для галактики таких розмірів: за традиційними моделями галактика й її центральна чорна діра зростали разом, поступово нарощуючи масу одна в одної. Нові дані JWST ставлять під сумнів цю послідовність – натякаючи, що у деяких випадках чорна діра могла утворитися чи швидко розвитися раніше, ніж оточуюча її зоряна система.
Наукове оформлення знайдення
Результати дослідження опубліковано 17 листопада в рецензованому журналі The Astrophysical Journal. Публікація додає вагомі докази на користь ідеї про те, що деякі найекстремальніші об’єкти раннього Всесвіту могли залишатися невидимими для оптичних телескопів і стали явними лише завдяки чутливості JWST в інфрачервоному діапазоні.
Що означає це для уявлення про формування галактик
До недавнього часу панувала модель, згідно з якою галактики формувалися спочатку, а чорні діри нарощували масу разом із ними. Спостереження Virgil натомість підказують іншу послідовність: «спочатку чорна діра, потім – галактика», що радикально змінює уявлення про ранню етапи еволюції структур у Всесвіті. Якщо такі випадки виявляться типовими, доведеться переглянути моделі поглинання речовини, взаємодії випромінювання із запиленими середовищами та темпів росту ядер.
Джордж Ріке підсумував: «JWST показав, що наші уявлення про формування надмасивних чорних дір були майже повністю хибними. Схоже, у багатьох випадках чорні діри випереджають галактики – і це найзахопливіша частина відкриттів, які ми робимо».
Цікавинки, органічно вплетені в текст
Університет Арізони, де працює Ріке, відомий своїми дослідженнями в інфрачервоній астрономії й тісною співпрацею з обсерваторіями, що дозволяє швидко інтерпретувати дані JWST. Сам телескоп Джеймса Вебба, запущений у грудні 2021 року, є наступником Космічного телескопа Габбла (Hubble): він спеціалізується на інфрачервоних спостереженнях, що робить його незамінним для вивчення віддалених і запилених об’єктів, яких Hubble не завжди може розпізнати. Історія з Virgil і LRD ілюструє, наскільки інструменти та методи спостережень визначають те, що ми вважаємо «видимим» у Всесвіті.
