Космический телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал слияние двух галактик со сверхмассивными чёрными дырами на самом далёком расстоянии. Слияние произошло, когда возраст Вселенной составлял 740 миллионов лет, и свет от этих галактик только сейчас достиг нас. Это не только самое далёкое обнаруженное событие слияния, но и самое раннее из известных.
Сверхмассивные чёрные дыры находят в большинстве крупных галактик, включая наш Млечный Путь. Массы таких чёрных дыр составляют миллионы или миллиарды масс Солнца. Предполагается, что эти объекты играют ключевую роль в эволюции своих галактик. Но пока непонятно, как эти чёрные дыры образуются. Обнаружение гигантских чёрных дыр уже в ранних галактиках возрастом всего миллиард лет после Большого взрыва указывает на то, что такие объекты должны были вырастать до сверхмассивных очень быстро.
«Возраст» космических объектов, особенно если речь идёт о ранних стадиях существования Вселенной, определяют по их красному смещению — систематическому сдвигу всех спектральных линий излучения в сторону больших длин волн. Этот сдвиг возникает при удалении объектов от наблюдателя из-за расширения Вселенной (часто его несколько неточно связывают с допплеровским смещением спектральных линий). Астрономы используют параметр z смещения — относительное увеличение длин волн линий в спектре, который можно уверенно установить из наблюдений. О возрасте в миллиардах или сотнях миллионах лет после Большого Взрыва чаще всего говорят в научно-популярных текстах. Так, в нашем случае в упомянутой статье в MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) речь идёт о галактиках, имеющих красное смещение z=7,15. Возраст этой структуры 740 миллионов лет от Большого Взрыва (то есть около 13 миллиардов лет) получается при пересчёте смещения в соответствии с принятыми космологическими моделями. Подобным образом, например, в геологии чаще оперируют относительным возрастом породы, который определяют как соответствующий геологический период (кембрий — ордовик — силур и т. д.), и сравнительно редко говорят о собственно возрасте в миллионах лет.
Наблюдения Джеймса Уэбба показывают, что слияние галактик и их сверхмассивных чёрных дыр происходило, когда возраст Вселенной составлял 740 миллионов лет. Система ранних сливающихся галактик, свет от которой достиг нас только сейчас, имеет обозначение ZS7. Чёрные дыры в центрах галактик активно поглощают окружающее вещество. При аккрецииматериал вблизи сверхмассивного объекта обладает особыми спектральными свойствами, которые и позволяют идентифицировать чёрную дыру поблизости. Если в «ближайших» галактиках такие признаки можно обнаружить и при помощи некоторых наземных телескопов, то удалённые галактики, и в частности такие, как ZS7, сегодня можно исследовать только при помощи космической обсерватории Джеймса Уэбба.
Вблизи чёрных дыр объекта ZS7 астрономы обнаружили признаки плотного газа, движущегося с высокой скоростью. Также наличие горячего высокоионизированного газа вблизи центра галактики — признак его интенсивного облучения, которое чаще всего вызвано чёрной дырой, находящейся на стадии аккреции материала. Благодаря высокой разрешающей способности камер телескопа JWST удалось также установить, что наблюдаемый объект — это две раздельные чёрные дыры на стадии слияния.
Одна из чёрных дыр имеет массу около 50 миллионов солнечных. Масса второй чёрной дыры предполагается сопоставимой, но её определить сложнее, потому что область второй чёрной дыры окружена плотным облаком межзвёздного газа. Поскольку событие раннего слияния галактик, которое удалось поймать, всего одно, пока нельзя что-то сказать о статистике подобных событий в ранней Вселенной.
В момент слияния чёрных дыр система также должна излучать всплеск гравитационных волн. Такие всплески в удалённых галактиках, но на значительно меньших расстояниях уже фиксируют на современных гравитационных детекторах типа LIGO. Следующее поколение детекторов, в частности, уже включённая в планы Европейского космического агентства космическая гравитационная обсерватория LISA сможет уверенно улавливать гравитационные волны в том числе от подобных ранних событий.