Одним из фундаментальных правил внегалактической астрономии считалась прямая зависимость между массой звездной системы и весом ее центральной сверхмассивной черной дыры (СЧД). Вопреки обывательским представлениям, эти гравитационные гиганты не концентрируют в себе основную массу материи, составляя лишь мизерную долю — от 0,1% до 0,5% в ближайших к нам галактиках.
Однако «Уэбб» заставил ученых пересмотреть эту парадигму. Его высокоточные инфракрасные снимки показали, что в ранней Вселенной существовали галактики с аномально тяжелыми СЧД. Это открытие бросает вызов современным моделям: согласно существующим теориям, подобные объекты просто не успели бы достичь таких исполинских размеров на столь раннем этапе космической истории.
В свежем исследовании, базирующемся на архивах JWST, была идентифицирована пара карликовых галактик, чьи центральные черные дыры грубо нарушают привычные пропорции. Примечательно, что эти системы не относятся к самой ранней эпохе, а располагаются в области умеренных красных смещений, что делает их еще более уникальными объектами для изучения.
Научная работа под заголовком «JWST обнаруживает две потенциальные сверхмассивные черные дыры в карликовых галактиках при z≈0,7: расширение поиска на маломассивные системы» была подготовлена международной группой под руководством Эдуардо Иани из Австрийского института науки и технологий. Статья направлена в редакцию журнала Astronomy and Astrophysics и опубликована в виде препринта.
«Мы сообщаем об обнаружении и детальном анализе двух компактных структур, Пелиаса и Нелея, на красных смещениях z ~ 0,71 и z ~ 0,75», — отмечают астрофизики. «Обе системы обладают специфическим спектральным распределением энергии: интенсивным голубым свечением в ультрафиолетовом диапазоне и стремительным нарастанием яркости в ближнем и среднем инфракрасном спектре».
В ходе наблюдений был зафиксирован странный диссонанс. В ультрафиолете и оптике, доступных приборам NIRISS и NIRSpec, объекты выглядят как молодые, почти лишенные пыли звездные скопления с низкой массой, активно ионизирующие окружающий газ.
Однако данные среднего инфракрасного диапазона, полученные инструментом MIRI, рисуют иную картину. Там наблюдается мощный избыток излучения, который невозможно объяснить исключительно звездной активностью. Единственное разумное объяснение — наличие активного ядра галактики (АЯГ), скрытого за плотным пылевым коконом. «Фотометрия MIRI указывает на присутствие горячей пыли, что характерно для глубоко заслоненных активных ядер», — резюмируют авторы.
Масса центральных черных дыр в Пелиасе и Нелее может достигать ошеломляющих 60 % от общего веса их галактик (согласно верхним границам оценок). Это доказывает, что экстремальные соотношения масс встречаются не только в глубокой древности. Возможно, эти СЧД начали свой рост задолго до того, как галактики успели накопить основную массу звезд.
Другая странность заключается в отсутствии рентгеновского излучения, которое обычно сопровождает работу АЯГ. «Либо процесс аккреции сильно экранирован, либо он изначально слаб в рентгене», — предполагают исследователи. Это может указывать на сверхкритическую аккрецию, превышающую предел Эддингтона — режим, при котором черные дыры растут максимально быстро, что характерно для малых масс на ранних этапах.
Эти объекты стали одними из самых миниатюрных галактик с подтвержденным активным ядром. По мнению команды Иани, именно фазы сверхэддингтоновской аккреции позволяют черным дырам в карликовых системах совершать такие эволюционные скачки, хотя ученые не исключают и погрешности при экстраполяции земных моделей на столь специфические объекты.
Авторы также проводят параллели между найденными карликами и знаменитыми «маленькими красными точками» (LRDs), обнаруженными ранее. Пелиас и Нелей могут оказаться локальными аналогами этих загадочных объектов, где пылевое АЯГ доминирует в спектре, пока галактика еще только формирует свой звездный каркас.
«Пелиас и Нелей наглядно показывают, что форсированный рост черной дыры под пылевой завесой возможен в системах с массой всего около 107 солнечных», — заключают авторы. Этот вывод гармонирует с другими открытиями «Уэбба», подтверждая, что массивные черные дыры развивались гораздо стремительнее, чем предполагала классическая астрофизика.
Следующим этапом станет охота за новыми представителями этого редкого класса галактик. Потребуется объединение усилий рентгеновских обсерваторий «Чандра» и «Афина» с радиоинтерферометром ALMA и мощностями «Уэбба», чтобы понять, насколько типичен подобный путь развития для космоса.
«В перспективе миссии вроде телескопа имени Нэнси Роман и наземных обсерваторий класса ELT позволят систематизировать поиск таких заслоненных АЯГ и прояснить их внутреннее устройство, что станет критически важным для понимания эволюции карликовых галактик», — подводят итог исследователи.
