Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил галактику с тремя активными ядрами, содержащими сверхмассивные черные дыры, существовавшую спустя всего миллиард лет после Большого Взрыва. Предполагается, что в дальнейшем система переживет, как минимум, одно слияние черных дыр, а подобные галактики с несколькими массивными черными дырами могли быть распространенным явление в ранней Вселенной. Препринт доступен на arXiv.org.
Слияния черных дыр считаются одним из двух основных механизмов активного роста сверхмассивных черных дыр в первые миллиарды лет жизни Вселенной, который является следствием столкновений и слияний галактик. К настоящему моменту обнаружен целый ряд двойных сверхмассивных черных дыр в виде активных ядер, разделенных расстояниями от долей до нескольких десятков килопарсеков, в галактиках на самых разных расстояниях от Солнца. Среди них особенно интересны тесные пары черных дыр, а также системы с несколькими черными дырами.
Группа астрономов во главе с Ханной Юблер (Hannah Übler) из Института внеземной физики Общества Макса Планка сообщила об обнаружении тройной системы массивных черных дыр в очень далекой галактике J0148-4214. Ее красное смещение оценено в 5,0167, что означает, что система существовала спустя 1,15 миллиарда лет после Большого взрыва. Открытие было сделано в ходе анализа данных наблюдений за системой в ближнем инфракрасном диапазоне при помощи камеры NIRCam и спектрографа NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб» в рамках обзоров неба EIGER и BlackTHUNDER в 2023 и 2024 годах.
J0148-4214 первоначально идентифицирована как галактика с активным ядром, содержащим одну сверхмассивную черную дыру. Однако затем исследователи определили, что в галактике есть три источника излучения, которые могут быть интерпретированы как области излучения широких спектральных линий. Они связываются с быстрыми потоками газа вблизи активных черных дыр и позволяют дать оценки массы последним. Таким образом, в J0148-4214 можно выделить основную галактику, содержащую в центре два близких (около 620 световых лет) друг к другу активных ядра, и еще одно активное ядро на северо-западной окраине системы, в 5,54 тысячи светового года от пары.
Расчетная звездная масса J0148-4214 составляет 109,1 масс Солнца, при этом динамическая масса системы заметно больше, что объясняется тем, что в галактике не менее чем в 2,5 раза больше газа и темной материи, чем звезд. Массы черных дыр в центральной паре активных ядер составляют 107,9 и 105,8 масс Солнца, а черной дыры в третьем активном ядре — 106,3 масс Солнца.
Предполагается, что вся система — результат слияния галактик, которое может продолжаться на момент наблюдений. Две центральные черные дыры способны слиться примерно за семьсот миллионов лет, после чего может произойти слияние новообразованной черной дыры с третьей черной дырой, если та находится в процессе погружения к центру системы из-за динамического трения. Однако возможно что третье активное ядро покидает систему совсем или замедляет свое первоначальное убегание из галактики, если в прошлом была выброшена из центра за счет гравитационного взаимодействия с двумя черными дырами или эффекта отдачи в результате события слияния черных дыр.
«Джеймсу Уэббу» также принадлежит честь открытия рекордно далекой на сегодня пары сближающихся сверхмассивных черных дыр — они существовали спустя всего 740 миллионов лет после Большого Взрыва.