Галактики не разбросаны случайным образом по Вселенной. Они объединяются не только в скопления, но и в обширные взаимосвязанные нитевидные структуры с гигантскими пустотами между ними. В далеком прошлом эта «космическая паутина» была тонкой, но со временем стала более ярко выраженной, поскольку чудовищная гравитация «всасывала» все больше материи из окружающего пространства.
Астрономы, воспользовавшись мощностями космического супертелескопа NASA «Джеймс Уэбб», обнаружили нитевидное объединение десяти галактик, которое существовало всего через 830 миллионов лет после Большого взрыва. Объединяющей силой структуры, протяженность которой составляет примерно три миллиона световых лет, является квазар J0305-3150 — активное галактическое ядро с крайне «прожорливой» сверхмассивной черной дырой, поглощающей окружающее вещество и формирующей аккреционный диск.
Команда исследователей считает, что нить в конечном итоге превратится в массивное галактическое скопление, очень похожее на скопления, которые мы наблюдаем сегодня.
«Я был удивлен тем, насколько длинной и узкой является эта нить, — сказал Сяохуэй Фан, профессор астрономии из Аризонского университета в Тусоне и член команды исследователей. — Я ожидал найти что-то [необычное], но не ожидал такой длинной, отчетливо тонкой структуры».
«Это одна из самых ранних нитевидных структур, которые люди когда-либо находили связанными с далеким квазаром», — добавил Файги Ван, астроном из Аризонского университета в Тусоне и ведущий автор исследования.
Это открытие было сделано в рамках проекта ASPIRE (спектроскопическое исследование смещенных гало в эпоху реионизации), основной целью которого является изучение космической среды самых ранних черных дыр. В общей сложности участники проекта будут наблюдать за 25 квазарами, которые существовали в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, времени, известного как Эпоха реионизации.
«Последние два десятилетия космологических исследований дали нам четкое понимание того, как формируется и развивается космическая сеть, — прокомментировал Джозеф Хеннави, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и соавтор исследования. — ASPIRE стремится понять, как включить появление самых ранних массивных черных дыр в нашу текущую историю формирования космической структуры».
«Джеймс Уэбб» изучает квазары ранней Вселенной
В ходе исследования восьми квазаров ученые подтвердили, что их центральные черные дыры, которые существовали менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, имеют массу от 600 миллионов до двух миллиардов солнечных масс. Астрономы продолжают изучать данные, чтобы попытаться объяснить, как эти черные дыры смогли столь быстро набрать такую колоссальную массу.
«Чтобы сформировать эти сверхмассивные черные дыры за такое короткое время, необходимо выполнить два условия, — объясняет Ван. — Во-первых, вам нужно начать выращивать «семя» в виде массивной черной дыры. Во-вторых, даже если это семя начнется с массы, эквивалентной [массе] тысячи Солнц, ему все равно нужно аккрецировать в миллион раз больше материи с максимально возможной скоростью за всю свою жизнь».
«Эти беспрецедентные наблюдения дают важные сведения о том, как развиваются черные дыры [в ранней Вселенной], — сказал Цзиньи Янг из Университета Аризоны, который возглавляет исследование черных дыр в рамках проекта ASPIRE. — Мы узнали, что эти черные дыры расположены в массивных молодых галактиках, которые обеспечивают резервуар топлива для их роста».
«Джеймс Уэбб» также предоставил лучшее доказательство того, как ранние сверхмассивные черные дыры потенциально регулируют звездообразование в своих галактиках.
Сверхмассивные черные дыры не только аккрецируют материю, но «катапультируют» ее часть, которая распространяется далеко за пределы влияния самой черной дыры, и это может оказывать значительное влияние на формирование звезд.
«Сильные ветры* черных дыр могут подавить образование звезд в родительской галактике, — пояснил Янг. — Такие ветры наблюдались в соседней Вселенной [на относительно небольшом расстоянии от Млечного Пути], но никогда не наблюдались напрямую в эпоху реионизации. Масштаб ветра связан со структурой квазара. В наблюдениях Уэбба [«Джеймса Уэбба»] мы видим, что такие ветры существовали в ранней Вселенной».
*Ветры черных дыр представляют собой потоки высокоэнергетических частиц, которые двигаются по спирали вокруг черной дыры и набирают такие большие скорости, что затем «катапультируются» в окружающее пространство.
Результаты исследования были опубликованы в двух статьях (первая и вторая) в The Astrophysical Journal Letters.
Читайте также: Что появилось раньше: галактики или сверхмассивные черные дыры?
