Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) пояснив, як ранні чорні діри еволюціонуваливід своєї "зародкової" стадії до надмасивних чорних дір.
Нещодавно група астрономів під керівництвом професора Богдана оприлюднила результати власного дослідження, де продемонстрували, як вони знайшли надзвичайно яскраву надмасивну чорну діру, UHZ-1, з фотометричним червоним зсувом при z > 10.
Це відкриття проливає світло на формування і зростання чорних дір у ранньому Всесвіті, враховуючи обмежений час, доступний для їхнього розвитку.
Використовуючи надзвичайну чутливість JWST/NIRSpec, команда офіційно підтвердила наявність UHZ-1 з червоним зсувом z = 10.073 ± 0.002. Підтвердження стало можливим завдяки детальному спектроскопічному аналізу. На диво, спектр NIRSpec/Prism UHZ-1 нагадує спектри інших галактик, відкритих приблизно на z ≈ 10, що характеризуються насамперед особливостями, пов'язаними із зореутворенням.
До того ж в УФ/оптичному спектрі немає чіткої вказівки на потужне рентгенівське джерело в УФ/оптичному спектрі з періодом спокою. Це свідчить про те, що центральна чорна діра може бути сильно затемнена, що, своєю чергою, узгоджується з високою густиною стовпчика комптонівської товщини, виміряною в рентгенівських променях.
Щоб краще зрозуміти галактику-господаря UHZ-1, науковці провели комплексний аналіз зоряного населення. Цей підхід дозволив отримати точнішу оцінку зоряної маси материнської галактики порівняно з попередніми фотометричними оцінками.
Результати вказують на значну різницю між передбаченою масою чорної діри (MBH ∼ 10^7-10^8M⊙) і масою галактики-господаря (M⊙), причому відношення MBH/M залишається на 2-3 порядки вищим за локальні значення.
Втім, такий висновок підтверджує іншу теорію: надмасивні чорні діри утворилися внаслідок процесу "важкого засіву" протягом першого мільярда років космічної еволюції.
До запуску космічного телескопа Джеймса Вебба найпершими відомими чорними дірами вважалася невеличка жменька надзвичайно світних квазарів з z ≈ 7. Ці квазари створювали проблему з визначенням часу утворення НЧД, зважаючи на їхні високі передбачувані маси.
Якщо ці чорні діри виникли із залишків перших масивних зір, які зазвичай мають масу близько 100 M⊙, то вони мали б безперервно акректувати на межі Еддінгтона або вище протягом приблизно 700-800 мільйонів років, щоб досягти своїх спостережуваних мас, тобто перевищити 10^10 M⊙.
Але майбутні траєкторії зростання ЧД залишаються невизначеними.
Зростання перших масивних чорних дір за даними JWST/NIRSpec - спектроскопічне підтвердження рентгенівського світіння AGN при z=10.1
Космологічні симуляції, на зразок MASSIVEBLACK, показали, що наймасивніша чорна діра при z ≈ 10 не обов'язково залишається наймасивнішою при z = 6. Навколишнє середовище відіграє вирішальну роль у формуванні акреції та росту астрономічного об’єкта.
Запуск космічного телескопа Джеймса Вебба додав цьому дослідженню знакового виміру. Було підтверджено існування кількох активних галактичних ядер з помірною світністю, деякі навіть при z > 7 — допомогла спектроскопія.
Найнадійнішим індикатором активності АГЯ залишається інтенсивність високоенергетичного рентгенівського випромінювання. Високочервонозоряні галактичні ядра переважно виявляються завдяки більш жорсткому рентгенівському випромінюванню, що робить їх ідентифікацію відмінною від низькоенергетичного рентгенівського випромінювання, яке генерується при зореутворенні.
Крімтого, рентгенівська обсерваторія Чандра, яка наразі є рекордсменом з виявлення найвіддаленіших рентгенівських наднових, що світяться, ідентифікувала UHZ-1 при zphot ≈ 10.3. UHZ-1 було знайдено за гравітаційною лінзою скупчення Abell 2744. Про нього повідомляється з надійним детектуванням 4.2σ-4.4σ у рентгенівському діапазоні 2-7 кеВ.
Подібного роду жорсткі рентгенівські фотони з енергією спокою E ∼ 22-80 кеВ можуть походити тільки від акреційної чорної діри. Проте UHZ-1 залишається невиявленим у м'якшому діапазоні 0.5-2 кеВ, ймовірно, через його сильне затемнення комптонівською густиною стовпчика NH ∼ 10^24-10^25 см^-2.
Після врахування лінзового збільшення (μ = 3.81) власна рентгенівська світність UHZ-1 у діапазоні 2-10 кеВ оцінюється як LX ≳ 2 x 10^44 ерг с^-1.
Що ж, черговий раз бачимо потужність космічного телескопа Джеймса Вебба та його здатність розкривати таємниці Всесвіту.
Проте саме існування UHZ-1 кидає виклик нашому розумінню “технології” утворення надмасивних чорних дір на ранніх стадіях космічної еволюції. Бо вона вже існувала через 600 млн років після Великого Виюуху. Нам ще довго прийдеться розкривати таємниці походження Всесвіту.
