JWST обнаружил активные черные дыры в остывших галактиках ранней Вселенной

Международная группа астрономов с использованием данных архивных наблюдений космического телескопа James Webb (JWST) обнаружила признаки активного роста сверхмассивных черных дыр в галактиках, которые уже прекратили формирование новых звезд. Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv.

Исследователи проанализировали спектры 87 массивных галактик на красных смещениях от 1,5 до 4,5, что соответствует эпохе через 1–4 миллиарда лет после Большого взрыва. В шести из них были зарегистрированы линии высокоионизированного неона [NeV] с длиной волны 3427 ангстрем. Для ионизации неона до такого состояния требуется энергия около 97 электронвольт, что возможно только при наличии мощного рентгеновского излучения от активно аккрецирующей сверхмассивной черной дыры — квазара.

В четырех из шести систем также обнаружена широкая эмиссионная линия водорода H? с полушириной более 4000 км/с, что позволило оценить массы черных дыр. Они составили от 10^8,5 до 10^9,5 масс Солнца, что согласуется с соотношениями, известными для локальных галактик. Светимость в линии [NeV] соответствует болометрической мощности от 10^45 до 10^46 эрг/с, что типично для квазаров, с темпами аккреции несколько солнечных масс в год.

Особенно интересно, что самые яркие источники [NeV] преимущественно встречаются в самых молодых посд-звездных всплесках системах (с индексом D_n4000 менее 1,3), тогда как старые остывшие галактики лишены такой активности. Этот тренд независимо воспроизводится теоретическими моделями, что подтверждает его достоверность.

По оценкам авторов, фаза активного роста черной дыры после прекращения звездообразования длится около 100–200 миллионов лет. Это означает, что сверхмассивные черные дыры могут продолжать активно увеличивать свою массу даже после того, как галактика «угасла» и перестала формировать звезды. Открытие подчеркивает важность включения эпизодов с очень высокой аккрецией в теоретические модели, которые пытаются воспроизвести самые ранние остывшие галактики во Вселенной.

Работа показывает, что эволюция черных дыр и их галактик не синхронизирована полностью: черные дыры могут «догорать» намного дольше, чем считается. Для проверки этих выводов необходимы дальнейшие наблюдения на больших выборках, в том числе с использованием спектрографа NIRSpec на JWST.