Обзор NASA: как «Уэбб» изучает чёрные дыры ранней Вселенной

Научный институт космического телескопа (STScI) подготовил для NASA обзор роли телескопа «Джеймс Уэбб» в исследованиях сверхмассивных чёрных дыр. Приборы «Уэбба» работают в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. Спектральные линии газа вокруг растущих чёрных дыр ранней Вселенной из-за космологического красного смещения попадают как раз в этот диапазон. По ширине линий можно оценить скорость газа, а по ней — и массу чёрной дыры: вокруг более массивных объектов газ движется быстрее и линии получаются шире. Размер области вокруг активного ядра галактики оценивают по яркости определённых особенностей излучения газа. По словам авторов, для таких далёких объектов такие оценки размера до «Уэбба» были невозможны. Выборка чёрных дыр с оценёнными массами резко выросла, и теперь можно проверять, похожи ли ранние чёрные дыры на близкие.

Маленькие красные точки

Среди открытий «Уэбба» есть новый класс объектов, «маленькие красные точки». Название описывает их вид: это компактные красные источники. Многие из них видны уже через 600 млн лет после Большого взрыва, некоторые через миллиард лет. Примерно к 2 млрд лет они почти исчезают, и с тех пор до наших дней известны лишь единицы. Астрономы допускают, что это активные ядра галактик. В таком случае активных ядер в ранней Вселенной может быть больше, чем предсказывали. По многим признакам точки отличаются от типичных активных ядер, поэтому в обзоре перечислены и другие версии: массивные газовые облака, «квазизвёзды» и «звёзды-чёрные дыры». Если окажется, что это экзотические звёзды, это повлияет на представления о том, сколько звёздного света может испускать такая маленькая область.

Данные «Уэбба» помогают искать свидетельства в пользу гипотез о «зародышах» сверхмассивных чёрных дыр. Лёгкие зародыши — дыры массой от десяти до сотен солнечных. Они остаются после взрывов сверхновых и набирают массу аккрецией или слияниями. Тяжёлые зародыши могли возникнуть при прямом коллапсе звёзд в десятки тысяч раз массивнее Солнца или при лавинообразных столкновениях миллионов звёзд в ядрах плотных скоплений. Для сравнения авторы предлагают изучать близкие карликовые галактики, многие из которых не переживали крупных слияний. Космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» сможет обозревать большие участки неба и находить тысячи сверхмассивных чёрных дыр ранней Вселенной быстрее «Уэбба». После этого «Уэбб» будет изучать их спектры.