На заре Вселенной: телескоп Уэбб зафиксировал древнейшее столкновение черных дыр

Учёные зафиксировали самое далёкое слияние чёрных дыр, произошедшее, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Это уникальное открытие проливает свет на количество чёрных дыр во Вселенной.

Современный космический телескоп имени Джеймса Уэбба обнаружил это событие, зафиксировавшееся в галактической системе ZS7. Исследователи из Кембриджского университета использовали инструмент NIRSpec-IFU телескопа, чтобы зафиксировать слияние, произошедшее в те времена, когда Вселенная была значительно моложе — примерно 13 миллиардов лет назад.

Чёрные дыры — это массивные объекты, разбросанные по всей Вселенной, обладающие гравитационными полями настолько сильными, что даже свет не может вырваться из их горизонтов событий. Слияние чёрных дыр — это медленный и мрачный танец двух таких объектов, часто находящихся в центрах своих галактик, в конечном итоге сливающихся в единое целое.

Последнее наблюдение стало возможным благодаря спектрографическим особенностям аккрецирующих чёрных дыр, которые активно поглощают материал и не видны наземным телескопам. Телескоп Уэбба, находящийся в точке Лагранжа L2, за миллион миль от Земли, способен заглянуть ещё глубже во Вселенную.

«Наши исследования показывают, что слияние — важный путь для быстрого роста чёрных дыр даже на заре космоса», — сказала Ханна Юблер, астроном из Кембриджского университета и ведущий автор исследования. «Вместе с другими открытиями телескопа Уэбба активных массивных чёрных дыр в далёкой Вселенной, наши результаты также показывают, что массивные чёрные дыры формировали эволюцию галактик с самого начала».

Зрение телескопа Уэбба настолько острое, что команда смогла пространственно разделить две чёрные дыры, выявив некоторые из их физических характеристик. Одна из дыр имеет массу около 50 миллионов солнечных масс, в то время как другая скрыта в плотном облаке газа. Полная статья команды об этом открытии была опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Когда чёрные дыры сливаются, они посылают гравитационные волны, которые растягивают и сжимают пространство-время на миллиарды световых лет. Эти волны фиксируются обсерваториями, такими как те, которые управляются коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA, впервые обнаружившей гравитационные волны в 2015 году.

Будущее изучения гравитационной Вселенной выглядит светлым. Европейское космическое агентство (ESA) в январе формально утвердило проект космической гравитационно-волновой обсерватории LISA, открывая путь для запуска и эксплуатации космического аппарата.

«Результаты телескопа Уэбба показывают, что лёгкие системы, которые сможет обнаружить LISA, должны быть гораздо более частыми, чем предполагалось ранее», — отметила Нора Лютцгендорф, ведущий проектный учёный LISA в ESA. «Вероятнее всего, нам придётся скорректировать наши модели частот LISA в этом диапазоне масс. Это лишь вершина айсберга».

Таким образом, новое поколение космических телескопов раскрывает не только самые ранние чёрные дыры, но и их частоту во Вселенной. Распутывание тайн чёрных дыр — как они растут, взаимодействуют и формируют свои окрестности — поможет астрофизикам понять некоторые из самых фундаментальных загадок Вселенной.