
В близлежащих галактиках, таких как наш Млечный Путь, общая масса звезд значительно превышает массу большой черной дыры, обнаруженной в центре галактики, примерно в соотношении 1000 к 1. Однако в недавно обнаруженных далеких галактиках эта разница в массах падает до 100 или 10 к 1, и даже до 1 к 1, что означает, что черная дыра может равняться совокупной массе звезд своей галактики-хозяина.
"С помощью JWST мы теперь можем, наконец, наблюдать менее массовые, но все еще сверхмассивные черные дыры в маленьких далеких галактиках, и мы также можем видеть звезды в этих галактиках-хозяевах", - говорит Фабио Пачуччи, научный сотрудник Клэя из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA). "Это позволяет нам впервые изучить ранние черные дыры и их галактики-хозяева по мере их совместной эволюции".
Пачуччи является ведущим автором нового исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal Letters, в котором сообщается о результатах, и представил эти результаты на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, Лос-Анджелес.
"Мы узнали, что далекие молодые галактики нарушают соотношение между массой черных дыр и звездной массой, которое очень хорошо установлено в близлежащих зрелых галактиках: эти первобытные черные дыры, несомненно, сверхмассивны по сравнению со звездным населением их хозяев", - говорит Роберто Майолино, профессор Кембриджского университета (Великобритания) и соавтор исследования. "С помощью JWST можно будет точно определить, как образовались первые сверхмассивные черные дыры, обнаружив черные дыры, которые дальше и меньше тех, что были обнаружены до сих пор, и которых, по прогнозам нашего исследования, будет довольно много ".
Для исследования Пачуччи и его коллеги провели статистический анализ набора из 21 галактики на расстоянии от 12 до 13 миллиардов световых лет от нас и наблюдали с помощью трех опубликованных обзоров JWST.
В этих 21 галактике находятся центральные черные дыры с типичной массой, которая, по оценкам, в десятки или сотни миллионов раз превышает массу нашего солнца — все еще сверхмассивная, но сравнительно небольшая по сравнению с черными дырами, питающими большинство наблюдаемых на сегодняшний день далеких квазаров, масса которых в миллиарды раз превышает массу Солнца.
"В целом, мы видим, что черные дыры в молодых галактиках, наблюдаемых JWST, примерно в десять-сто раз массивнее, чем предсказывает масштабное соотношение в локальной вселенной", - говорит Сяохуэй Фан, профессор Аризонского университета и соавтор исследования. "Отношение массы звезды к массе черной дыры в ранних галактиках было намного ниже тогда, более десяти миллиардов лет назад, по сравнению с нынешним временем. Этот результат имеет важные последствия для изучения первой популяции черных дыр."
Точная оценка этого соотношения должна помочь указать, как возникли предшественники сверхмассивных черных дыр, получившие название зародышей черных дыр. В общих чертах астрономы наметили два основных пути: "легкие" или "тяжелые" зародыши.
Легкие зачатки черных дыр должны были иметь относительно низкую массу, примерно в 100-1000 раз превышающую массу Солнца. Эти зачатки света должны были образоваться как остатки самых первых колоссальных звезд Вселенной. С другой стороны, зародыши тяжелых черных дыр должны были иметь массу от 10 000 до 100 000 масс Солнца. Такие мощные зародыши теоретически возникли в результате прямого гравитационного коллапса титановых газовых облаков.
Маршрут тяжелого зачатка, закладывая основу для роста с гораздо более высокой начальной точки, должен способствовать своевременному образованию очень ранних сверхмассивных черных дыр, которые команда исследователей обнаружила за последние двадцать лет на постепенно увеличивающихся расстояниях. Новые открытия о сверхмассивных черных дырах подтверждают идею о тяжелом зародыше, потому что моделирование и теоретические расчеты этого пути предсказывают, что черные дыры должны быть примерно такими же массивными или даже более массивными, чем звездный компонент молодых галактик, в которых они обитают.
То, как галактики затем сформировались и совместно эволюционировали вокруг первичных зародышей черных дыр, остается широко открытым астрофизическим вопросом.
"С течением космического времени мы знаем, что отношение массы звезды к массе ВЧ черной дыры постепенно приближается к локальному соотношению 1000 к 1 в современной вселенной. Это происходит по мере того, как черная дыра и принимающая ее галактическая система эволюционируют вместе, сливаясь с другими галактиками и образуя легионы звезд ", - говорит Пачуччи. "Над чем мы все еще работаем, так это над тем, чтобы заглянуть достаточно глубоко во Вселенную, чтобы собрать воедино то, как все это началось".
Источник: Astrophysical Journal Letters, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya