Астрономы разглядели «паутину» вокруг сверхмассивной черной дыры

При помощи Очень Большого телескопа (ESO VLT) астрономы нашли в ранней Вселенной, спустя менее одного миллиарда лет после Большого взрыва, шесть галактик, окружающих сверхмассивную черную дыру, сообщает Европейская Южная обсерватория. Впервые такая тесная группа галактик наблюдается в столь раннюю эпоху. Находка позволяет лучше понять, каким образом сверхмассивные черные дыры — такие, как та, что лежит в центре нашей Галактики Млечного Пути, — смогли образоваться и достичь таких огромных размеров за короткое время. По-видимому, черные дыры могут быстро расти внутри крупномасштабных паутинообразных структур за счет содержащегося в них большого количества газа.

«Эта работа была, в основном, вызвана желанием понять природу, возможно, самых загадочных астрономических объектов — сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Это поистине экстремальные системы, и на сегодня у нас нет хорошего объяснения их существования», — сказал астроном Марко Миньоли (Marco Mignoli), сотрудник Национального института астрофизики Италии (INAF) из Болоньи. Наблюдения выявили несколько галактик, окружающих сверхмассивную черную дыру. Все они лежат внутри космической газовой «паутины», простирающейся на расстояние, более чем в 300 раз превышающее размеры Млечного Пути. «Эти газовые волокна действительно напоминают паутину, — объясняет Миньоли. — В точках пересечения волокон локализуются и растут галактики. А вдоль волокон могут течь потоки газа, которые питают как звездообразование в галактиках, так и центральную сверхмассивную черную дыру».

Свет от огромной паутинообразной структуры, в центре которой находится черная дыра с массой в миллиард солнечных масс, дошел до нас из эпохи, когда Вселенной было всего 0,9 миллиарда лет. «Наша работа добавляет важный фрагмент в незавершенный пазл, который представляет собой теория образования и роста этих экстремальных, но относительно многочисленных объектов, так недалеко отстоящих по времени от Большого взрыва», — говорит о сверхмассивных черных дырах соавтор работы Роберто Джилли (Roberto Gilli), еще один астроном INAF из Болоньи. 

Чтобы достичь массы порядка миллиарда Солнц за первые 0,9 миллиарда лет жизни Вселенной, первичные черные дыры, сформировавшиеся, как полагают, в результате коллапса первых звезд, должны были расти с очень большой скоростью. Астрономам было очень трудно объяснить, откуда могло взяться столько «пищи для черных дыр», позволившей этим объектам за короткое время достичь таких больших размеров. Найденная структура дает на этот вопрос правдоподобное объяснение: «паутина» и галактики внутри нее содержат достаточно газа, чтобы обеспечить превращение центральной черной дыры в сверхмассивного гиганта.

Но как же могла появиться сама эта «паутина» и другие образования такого типа? Астрономы считают, что ключ к этой загадке дают гигантские гало таинственной темной материи. По всей видимости, на ранней стадии существования Вселенной огромные области невидимого вещества притягивают большие массы газа. Вместе с темной материей этот газ формирует паутинообразные структуры, внутри которых могут эволюционировать галактики и черные дыры.

«Наша находка является аргументом в пользу мнения, что самые далекие и массивные черные дыры образуются и растут внутри массивных гало темной материи в крупномасштабных структурах и что отсутствие случаев регистрации таких структур, скорее всего, было результатом ограниченных наблюдательных возможностей», — говорит Колин Норман (Colin Norman) из Университета Джонса Хопкинса.

Зарегистрированные галактики — одни из самых слабых объектов, которые могут наблюдаться современными телескопами. Для их открытия потребовались многочасовые наблюдения с самыми крупными существующими оптическими телескопами, в том числе VLT ESO. Используя приемники MUSE и FORS2, смонтированные на телескопе VLT в обсерватории ESO Параналь в чилийской пустыне Атакама, исследователи подтвердили существование связи между четырьмя из шести галактик группы и черной дырой. «Мы считаем, что увидели только верхушку айсберга. Несколько открытых на сегодня галактик вокруг сверхмассивной черной дыры — это лишь самые яркие из них», — говорит соавтор работы Барбара Бальмаверде (Barbara Balmaverde), астроном INAF из Турина.

Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics Letters.