Международен екип от астрономи, ръководен от Центъра за космически хоризонти към Университета на Тексас в Остин, идентифицира най-отдалечената черна дупка, потвърждавана някога. Тя и галактиката, в която се намира – CAPERS-LRD-z9 – съществуват едва 500 милиона години след Големия взрив, Phys. Това ги поставя на 13,3 милиарда години назад във времето, когато Вселената е била само на 3% от сегашната си възраст. Затова откритието дава уникална възможност да се изучат структурата и развитието на тази загадъчна епоха.

„Когато търсим черни дупки, това е почти най-далечната точка, до която можем да стигнем с настоящите технологии. Наистина тестваме границите на възможното“, казва Антъни Тейлър, постдокторант в Центъра за космически хоризонти и ръководител на екипа, направил откритието.

Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal.

„Макар че астрономите вече са откривали няколко по-отдалечени кандидати,“ добавя Стивън Финкелщайн, съавтор на публикацията и директор на Центъра за космически хоризонти, „при тях все още липсва характерният спектроскопичен подпис, свързан с черна дупка.“

Чрез спектроскопията астрономите разлагат светлината на нейните различни дължини на вълната, за да изучат характеристиките на обекта. За да идентифицират черни дупки, те търсят следи от бързодвижещ се газ. Когато той се върти около черната дупка и пада в нея, светлината от газа, който се отдалечава от нас, се измества към по-червените дължини на вълната, а тази от газа, който се приближава, се измества към по-сините.

„Много малко други явления създават такъв спектрален подпис“, обяснява Тейлър. „А тази галактика го има.“

Екипът използвал данни от програмата CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) на космическия телескоп „Джеймс Уеб“. Изстрелян през 2021 г., JWST осигурява най-дълбокия поглед във Вселената до момента, а програмата CAPERS обхваща най-отдалечените ѝ краища.

„Първата цел на CAPERS е да потвърди и изучи най-отдалечените галактики“, казва Марк Дикинсън, съавтор на статията и ръководител на екипа на CAPERS. „Спектроскопията с JWST е ключът към потвърждаването на техните разстояния и физични свойства.“

Първоначално наблюдавана като малко петънце в изображенията на програмата, CAPERS-LRD-z9 се оказала част от нов клас галактики, наречени "малки червени точки" (Little Red Dots). Съществуващи само в първите 1,5 милиарда години от историята на Вселената, тези галактики са изключително компактни, червени и изненадващо ярки.

„Откриването на ‘малките червени точки’ беше голяма изненада от ранните данни на JWST, тъй като те изобщо не приличат на галактиките, които виждаме с телескопа ‘Хъбъл’“, обяснява Финкелщайн. „Сега се опитваме да разберем какви са и как са се образували.“

CAPERS-LRD-z9 може да помогне точно за това.

От една страна, галактиката подсилва нарастващите доказателства, че свръхмасивни черни дупки са източникът на неочакваната яркост в „малките червени точки“. Обикновено подобна яркост би означавала, че в галактиката има много звезди. Но тези обекти съществуват във време, когато такава маса от звезди е малко вероятна.

От друга страна, черните дупки също могат да бъдат ярки – тъй като компресират и нагряват материята, която поглъщат, създавайки огромно количество светлина и енергия. С потвърждаването на черна дупка в CAPERS-LRD-z9, учените вече имат ясен пример за това явление при „малките червени точки“.

Галактиката може също да даде отговор защо тези обекти имат характерен червен цвят. Причината вероятно е гъст облак от газ около черната дупка, който пречупва и променя светлината в по-червени дължини на вълната.

„Виждали сме такива облаци и в други галактики“, казва Тейлър. „А когато сравнихме този обект с тях, беше абсолютно същият.“

Тази галактика е впечатляваща и с огромните размери на черната си дупка. Тя се оценява на до 300 милиона пъти масата на нашето Слънце, което е около половината от масата на всички звезди в галактиката ѝ. Дори сред свръхмасивните черни дупки това е нещо изключително.

Откриването на толкова масивна черна дупка толкова рано в историята на Вселената дава възможност да се изследва как подобни обекти са се формирали. Черна дупка, съществуваща в по-късна епоха, е имала време да натрупа маса. Но тази – в първите няколко стотици милиона години – не е имала такава възможност.

„Това потвърждава, че ранните черни дупки са нараствали много по-бързо, отколкото досега предполагахме“, казва Финкелщайн. „Или са се формирали далеч по-масивни още в началото – в противоречие с досегашните ни модели.“

За да продължат изследванията на CAPERS-LRD-z9, учените се надяват да съберат още по-висококачествени наблюдения чрез телескопа JWST. Това ще позволи по-задълбочено разбиране за обекта и ролята на черните дупки в образуването на „малките червени точки“.

„Това е отличен обект за изследване“, казва Тейлър. „Досега нямахме възможност да изучаваме развитието на ранните черни дупки, а сега сме развълнувани да видим какво можем да научим от този уникален случай.“