Астрономы все еще пытаются выяснить, как именно образуются сверхмассивные черные дыры. Возможно, они являются результатом слияния более мелких черных дыр?
Все начинается с семян
Самые большие черные дыры во Вселенной могут достигать массы в миллиарды солнечных. Причем первые из них образовались в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва. Так как же Вселенной удалось так быстро произвести такие огромные объекты?
Как правило, черные дыры образуются, когда умирает массивная звезда, но ни одна звезда не могла породить черную дыру такого размера, в миллиарды раз превышающую массу своей звезды. Возможно, меньшие черные дыры, образовавшиеся в результате гибели первых массивных звезд во Вселенной, все-таки слились. Таким образом могли образовываться черные дыры с массой в тысячу масс Солнца, которые затем могли гравитационно сливаться обратно в еще более крупные сверхмассивные черные дыры. Черные дыры массой до миллиона солнечных могли образоваться непосредственно в результате гравитационного коллапса плотных газовых облаков в ранней Вселенной. Они тоже со временем просто сольются.
Обнаружение определенных семян черной дыры, которые еще не превратились в сверхмассивную черную дыру, позволит астрономам увидеть этот процесс непосредственно в действии. Авторы этой статьи, Энди Голдинг и Дженни Грин из Принстонского университета, недавно исследовали, можно ли обнаружить такие «зародыши» черных дыр в будущих обзорах дальнего космоса телескопом JWST. Среди прочего, эти обзоры будут сосредоточены на очень далеких черных дырах с массой в миллион солнечных на красных смещениях 7-10.
Цветовые различия
По определению черная дыра невидима. Его гравитационное притяжение настолько сильно, что поглощает весь свет, который достигает дыру. Однако черные дыры часто обнаруживают себя через свои аккреционные диски. Эти диски часто бывают достаточно яркими, чтобы их можно было увидеть даже на очень больших расстояниях, то есть на большей части видимой части Вселенной. Эти яркие галактические центры называются активными галактическими ядрами.
В своем исследовании Гулдинг и Грин объединили наблюдательные модели активных галактик, наблюдаемых при немного меньших красных смещениях, с каталогами «фальшивых» галактик, моделей, созданных специально для целей исследования возможного использования инструментов JWST. Они пришли к выводу, что лучшими локальными аналогами далеких семян черных дыр активных галактик являются сейфертовские галактики типа I — активные галактики с широкими эмиссионными линиями в их спектрах. Подсчитано, что УФ-излучение зародышей сверхмассивных черных дыр и галактик сейфертовского типа I должно быть одинаковым.
Затем команда попыталась определить, можно ли обнаружить эти активные галактические ядра в предстоящем обзоре неба JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Было обнаружено, что далекие активные галактики с зародышем сверхмассивной черной дыры отличаются по цвету от остальных галактик на изображениях, полученных камерой ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam). В частности, данная галактика будет казаться более синей, а ее ядро — более красным.
Хотя трудно назвать точное число, Гулдинг и Грин подсчитали, что астрономы могут ожидать обнаружения от нескольких до нескольких десятков семян черных дыр в поле зрения в сто угловых минут в квадрате. Возможно, благодаря этому мы наконец-то узнаем, как сверхмассивные черные дыры оказались в центре почти каждой присутствующей во Вселенной галактики.