Предсказанный "предок" сверхмассивных черных дыр найден скрывающимся на заре времен

Первый в своем роде объект "недостающего звена", обнаруженный в ранней Вселенной, может раскрыть тайну самых старых сверхмассивных черных дыр, говорят ученые.

Открытие GNz7q, черной дыры, датируемой всего 750 миллионами лет после Большого взрыва, согласуется с теоретическими предсказаниями того, как может выглядеть "предок" сверхмассивных черных дыр - и хотя мы никогда не видели этого объекта раньше, таких дыр может быть гораздо больше.

"Маловероятно, что открытие GNz7q ... было просто "глупой удачей", - говорит астроном Габриэль Браммер из Копенгагенского университета в Дании.

"Распространенность таких источников на самом деле может быть значительно выше, чем считалось ранее".

Выше: GNz7q, красная точка в центре вставки, в поле Хаббла GOODS-North. (НАСА, ЕКА, Гарт Иллингворт [Университет Санта-Круз], Паскаль Оеш [Университет Санта-Круз, Йель], Ричард Бувенс [LEI], И. Лаббе [LEI], Центр "Космический рассвет" / Институт Нильса Бора / Копенгагенский университет, Дания)

Период, к которому относится GNz7q, известен как Космический рассвет - эпоха, продолжающаяся примерно от 50 миллионов лет после Большого взрыва до 1 миллиарда лет, когда формировались самые ранние небесные объекты, в том числе детские звезды и зарождающиеся галактики.

В какой-то момент на этих начальных этапах эволюции Вселенной появились сверхмассивные черные дыры. Но когда и как это произошло, остается открытым вопросом в астрофизике.

В прошлом году ученые объявили об открытии J0313-1806, самого далекого квазара, находящегося на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли и являющегося самой старой сверхмассивной черной дырой из когда-либо обнаруженных.

Но откуда взялось нечто подобное J0313-1806? Или, скорее, какие объекты были эволюционными предшественниками сверхмассивных черных дыр на ранних стадиях развития Вселенной?

Теоретически говоря, у ученых есть некоторые идеи.

"Моделирование показывает эволюционную последовательность квазаров с пониженным содержанием пыли, возникающих из сильно запыленных звездных вспышек, которые затем переходят в незапыленные светящиеся квазары, выбрасывая газ и пыль", - объясняют исследователи в новом исследовании под руководством первого автора и астронома Сейджи Фуджимото, также из Университета Копенгагена.

"Хотя последняя фаза была идентифицирована вплоть до красного смещения 7,6 [имеется в виду J0313-1806], переходный квазар не был найден".

До сих пор, то есть. Фуджимото, Браммер и их коллеги идентифицировали GNz7q в ходе анализа архивных данных наблюдений, полученных космическим телескопом Хаббл. Похоже, что этот объект и есть тот самый неуловимый предок, которого пытались найти ученые.

Удивительно, но эта черная дыра, "недостающее звено", была обнаружена во всесторонне изученном регионе ночного неба - в рамках проекта Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) - но только сейчас спектральный анализ позволил определить, что, скорее всего, представляет собой светимость GNz7q.

"Наш анализ позволяет предположить, что GNz7q - это первый пример быстро растущей черной дыры в пылевом ядре звездной галактики в эпоху, близкую к самой ранней сверхмассивной черной дыре, известной во Вселенной", - говорит Фудзимото.

"Свойства объекта во всем электромагнитном спектре находятся в отличном согласии с предсказаниями теоретического моделирования".

По словам исследователей, галактика-хозяин GNz7q невероятно активна, в ней образуется около 1600 солнечных масс звезд в год - или, по крайней мере, так было около 13 миллиардов лет назад, когда был испущен этот древний свет.

Характер излучения GNz7q соответствует профилю переходной черной дыры, поскольку его яркость в ультрафиолетовом диапазоне волн (представляющая излучение от внешней части аккреционного диска черной дыры) совпадает с отсутствием рентгеновского излучения (которое генерировалось бы в ядре диска, но заслонено текущими пылевыми условиями ранней звездной галактики, из которой эволюционировала GNz7q).

Как объясняют исследователи, эти характеристики идеально подходят для черной дыры, предназначенной для сверхмассивных вещей.

"Ее свойства прекрасно согласуются с переходной фазой эволюционной парадигмы сверхмассивных черных дыр", - объясняет команда в своей статье. "Квазар с низкой светимостью, затуманенный пылью, возникающий в энергично вспыхивающем звездообразовании".

Другими словами, именно так, по нашим прогнозам, должен был выглядеть предшественник сверхмассивной черной дыры около 13 миллиардов лет назад, когда его свет наконец-то достиг нас, преодолев около 13 миллиардов световых лет.

Из-за феномена расширения Вселенной GNz7q - в какой бы окончательной, сверхмассивной форме она сейчас ни была - находилась бы сегодня примерно в два раза дальше от нас, на расстоянии около 25 миллиардов световых лет.

Остается только гадать, насколько ярко она светится сейчас?

О результатах исследования сообщается в журнале Nature.