В далёкой галактике нашли признаки трёх чёрных дыр

Подробно

Что именно обнаружили в галактике J0148-4214?

Авторы сообщают не о прямом изображении, а о наблюдательных свидетельствах трёх массивных активных чёрных дыр. Активными называют дыры, которые поглощают окружающий газ, из-за чего он ярко светится. Признаком стали три широких компонента линии водорода Hα. Их ширина лежит в диапазоне 430-2920 км/с. Широкого компонента в линиях кислорода [O III] нет. Это сочетание авторы объясняют тремя областями быстрого газа вокруг активных чёрных дыр.

Галактика имеет красное смещение z = 5,01672 ± 0,00002. Свету от неё идёт более 12,5 млрд лет. Звёздная масса галактики оценена примерно в 1,3 млрд масс Солнца.

Две дыры находятся в центре. Их разделяет в проекции на небе около 190 ± 40 парсек, то есть примерно 620 световых лет. Третья дыра лежит во внешней северо-западной части галактики, примерно в 1,7 кпк (около 5500 световых лет) от главной.

«Это первое свидетельство существования трёх активных чёрных дыр в одной галактике далёкой Вселенной».

Так заявила Hannah Übler, первый автор статьи и руководитель группы MPE.

Как учёные выяснили, что это три чёрные дыры, а не одна?

Наблюдения вели 15 декабря 2024 года в программе BlackTHUNDER (руководители - Hannah Übler и Roberto Maiolino). Прибор NIRSpec телескопа James Webb работал в режиме интегрального поля, который даёт спектр для каждой точки изображения. Основная экспозиция длилась около часа, ещё около получаса ушло на обзорный режим. Дополнительно авторы использовали прежние снимки и спектры NIRCam из обзора EIGER.

Ранее, в статье 2024 года, J0148-4214 считали галактикой с одной чёрной дырой массой около 20 млн масс Солнца. Новые пространственно разрешённые данные разделили сложный сигнал на несколько компонентов.

Авторы проверили и другие объяснения: одну асимметричную область быстрого газа, поглощение света, выбросы газа, сверхновые, ударные волны, звёздные ветры и очень массивные звёзды. Модель с двумя центральными областями статистически предпочтительнее модели с поглощением (ΔBIC ≈ 30). Отсутствие широкого [O III] делает обычный выброс газа из галактики маловероятным. Авторы считают эти сценарии маловероятными, но не исключают полностью. Они осторожно говорят о «свидетельствах» и «возможном открытии».

Насколько массивны эти чёрные дыры?

Массы оценены по ширине и яркости линии Hα. Центральные значения составляют:

• главная центральная дыра - около 80 млн масс Солнца (log M = 7,9 ± 0,4);
• вторая центральная - около 630 тыс. масс Солнца (5,8 ± 0,5);
• внешняя - около 2 млн масс Солнца (6,3 ± 0,5).

Пресс-релиз MPE называет все три объекта сверхмассивными. В статье они названы массивными. Вторая центральная дыра по номинальной оценке легче 1 млн масс Солнца, а строгой единой границы терминов нет.

Оценки сильно неопределённы. Для далёкой Вселенной метод даёт дополнительную систематическую ошибку примерно в 0,5-1 порядок величины. Альтернативная геометрия или рассеяние света в линиях могут заметно снизить массы. По оценке авторов, вторая центральная дыра может поглощать вещество быстрее предела Эддингтона. Погрешность велика, и точную степень превышения установить нельзя.

Giovanni Mazzolari, второй автор статьи, отмечает, что дыры составляют значительную долю общей звёздной массы галактики.

Могут ли эти чёрные дыры слиться?

Авторы считают, что центральная пара ещё не образует тесную двойную систему: расстояние между дырами в проекции больше примерно 50 пк, а именно такова сфера влияния главной дыры. Система, по их мнению, находится на стадии динамического трения. Это предварительный этап, после которого может сформироваться тесная двойная система, излучающая гравитационные волны.

Упрощённая оценка времени сближения центральной пары - около 0,55-0,66 млрд лет. Это не обратный отсчёт до слияния. Расчёт не описывает последующие стадии и не учитывает должным образом газ и тёмную материю.

О внешней дыре известно ещё меньше. Условная оценка времени её движения к центру - 5-5,9 млрд лет. Наблюдения не показывают, падает ли она к центру. Она могла быть выброшена при тройном взаимодействии или отдачей после прежнего слияния. Измеренные расстояния проекционные, а трёхмерные расстояния и скорости неизвестны.

Roberto Maiolino, профессор Кембриджского университета и соавтор, говорит, что слияния могли быть дополнительным быстрым путём роста чёрных дыр в ранней Вселенной. По словам Übler, результат указывает, что процессы в ранней Вселенной могли эффективно сближать массивные чёрные дыры. Это создаёт условия для слияний, которые рассчитывают обнаруживать будущие гравитационно-волновые обсерватории.

Чем это отличается от прежних открытий и что дальше?

В мае 2024 года ESA сообщило о системе ZS7 с красным смещением z = 7,15. Телескоп James Webb обнаружил там признаки слияния двух галактик и их чёрных дыр, когда Вселенной было около 740 млн лет. Новая работа показывает возможную тройную систему.

Авторы предлагают наблюдения с более высоким пространственным и спектральным разрешением, уточнение динамики центральной области и поиск похожих систем в данных NIRSpec. Независимых оценок учёных, не входящих в число авторов, пока не найдено. Цитаты в материале - заявления авторов исследования. Материал ScienceDaily от 25 октября 2026 года пересказывает августовский пресс-релиз MPE и не является новой публикацией.