Астрономы впервые измерили массу неактивной чёрной дыры в галактике, расположенной на рекордном расстоянии от Земли и представляющей раннюю стадию Вселенной. Для этого проследили за движением звёзд в её центре. На таком расстоянии сделать это непосредственно невозможно, но «увеличить» изображение галактики помогла гравитационная линза в виде массивного скопления галактик на пути светового луча к Земле.
Спящая чёрная дыра расположена в одной из многочисленных галактик, исследуемых при помощи телескопа Джеймса Уэбба. Галактика с обозначением MRG-M0138 находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет, а свет от неё, который мы наблюдаем сейчас, относится к раннему возрасту Вселенной около 3 миллиардов лет.
Большинство галактик содержат в центре сверхмассивную чёрную дыру. Узнать о них мы можем фактически двумя способами. Чёрные дыры сами по себе не излучают света, то есть формально невидимы. Но газовый межзвёздный материал из ближних окрестностей, падая на них, излучает электромагнитные волны во всём мыслимом диапазоне, поэтому излучение от такого объекта в центре какой-либо галактики легко поддаётся регистрации. Они поэтому называются активными галактическими ядрами, или квазарами и представляют собой самые яркие космические объекты. Но сверхмассивная чёрная дыра в галактике MRG-M0138 неактивна: материал на неё не падает. В этом случае остаётся второй доступный способ изучения — по движению звёзд в окрестностях. Так же изучают, к примеру, сверхмассивную чёрную дыру в нашей Галактике; к нашему счастью она активной не является.
Притяжение со стороны объекта изменяет движение звёзд. Отследив их перемещение, можно вычислить массу чёрной дыры. Этот подход называется методом звёздной динамики. Но его традиционно используют только для нашей и ближайшик галактик — там, где можно различить отдельные звёзды, пусть хотя бы самые яркие. Подробнее про эту проблематику можно прочитать в других заметках, например, в этой. Галактика MRG-M0138 расположена слишком далеко, и отследить движение отдельных звёзд в ней при помощи доступных устройств нельзя. Но в данном случае рассмотреть движение отдельных звёзд помогла гравитационная линза — массивное галактическое скопление на переднем плане. На луче зрения от MRG-M0138 располагается галактический объект, который искривляет световые лучи, тем самым фокусируя изображение нужной галактики и «увеличивая» его в 30 раз. Таким образом можно реконструировать внутреннюю структуру этой галактики.
Массу чёрной дыры оценивают в 6 миллиардов солнечных масс, и она абсолютно неактивная, как и содержащая её галактика. Оказывается, в MRG-M0138 новые звёзды больше не рождаются. Предполагают, что в прошлом её чёрная дыра испытывала бурный рост, то есть относилась к квазарам. Но таким образом она помогла галактике избавиться почти от всего газа, необходимого для образования звёзд — или сжигая, или выкинув его за пределы галактики. Без этого материала звёздоформирование остановилось.
На сегодня найдено только несколько настолько массивных «спящих» чёрных дыр, но на расстояниях гораздо меньших. Исследование показывает, что метод звёздной динамики работает даже на космологических расстояниях. Раньше его использовали для галактик с удалением до 700 млн световых лет. Теперь этот рубеж отодвинули в пятнадцать раз. Астрономы надеются найти больше неактивных галактических ядер из ранней Вселенной. Это поможет исследовать, как они способны остановить звёздообразование в галактиках и могут ли они просыпаться снова, если в их окружение попадают значимые массы вещества.