В ранней Вселенной впервые обнаружена галактика с тремя массивными черными дырами

Астрономы с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» впервые нашли в ранней Вселенной галактику, в которой одновременно действуют три массивные черные дыры. Объект J0148-4214, удаленный от Земли на 12,5 миллиарда световых лет, наблюдался таким, каким он был всего через 1,15 миллиарда лет после Большого взрыва. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Как обнаружили три черные дыры

Используя камеру NIRCam и спектрограф NIRSpec, установленные на «Джеймсе Уэббе», команда Ублер нашла в галактике две пространственно разделенные области широких эмиссионных линий водорода Hα. Эти сигналы указывают на две активно аккрецирующие массивные черные дыры — BH1 и BH2. Они находятся на расстоянии примерно 620 световых лет друг от друга, а их массы составляют 79 миллионов и 630 тысяч солнечных масс соответственно.

Чуть позже ученые обнаружили еще один участок быстрого движения водорода на окраине галактики, более чем в 5500 световых годах от первых двух. Наблюдения показали, что там расположена третья растущая черная дыра BH3 массой около двух миллионов масс Солнца. Астрономы рассмотрели альтернативные объяснения — сверхновые, ударные волны, потоки вещества или массивные звезды, — однако лишь модель с тремя черными дырами полностью объяснила все полученные данные.

Сценарии формирования системы

Пока неясно, как возникла эта тройная система. По одной из версий, галактика J0148-4214 могла стать результатом слияния нескольких галактик. Третья черная дыра расположена дальше от центра, поэтому возможно, что она лишь недавно попала в систему и движется к центру. Альтернативный сценарий — в ходе сильного гравитационного взаимодействия две черные дыры могли отбросить третью от центра.

По словам Ханны Ублер, две центральные черные дыры, вероятно, со временем сольются. Если третья черная дыра тоже движется к центру, она впоследствии может объединиться с образовавшимся объектом. Однако гравитационная связь между всеми тремя объектами пока под вопросом.

Астрономы также оценили возможность регистрации будущих слияний гравитационно-волновыми обсерваториями. Используя инструмент GWFish, они смоделировали сценарий, при котором BH1 и BH2 сольются примерно через 700 миллионов лет, а затем образовавшаяся черная дыра объединится с BH3. Вероятность обнаружения первого слияния составила 38,2 ± 4,2 процента, а второго — 81,8 ± 1,8 процента. Однако эти цифры — лишь результат моделирования, а не гарантия того, что будущая космическая обсерватория LISA, запуск которой запланирован на 2035 год, обязательно зарегистрирует эти события.

Значение для космологии

Ранее астрономы находили системы из нескольких черных дыр только в относительно близких галактиках, например в NGC 6240 на расстоянии 400 миллионов световых лет. Новое открытие впервые демонстрирует, что подобные сложные системы существовали уже в ранней Вселенной. Это позволяет предположить, что взаимодействия и слияния таких систем могли играть важную роль в быстром росте черных дыр в первые миллиарды лет после Большого взрыва.