Телескоп «Джеймс Уэбб» с невероятной детализацией запечатлел уникальную систему в ранней Вселенной.
Попавший в поле зрения астрономов объект существует всего через миллиард лет после Большого взрыва и расположен рядом с протяженной нитью длиной около 12 000 парсек, в которой сидят несколько галактик, обреченных слиться в одну в течение ближайших сотен миллионов лет.
Центральная галактика системы, получившая обозначение GN‑77652, прячет в себе активную черную дыру массой примерно 11 миллионов Солнц. На этом фоне ее звездное население скромно: всего порядка 170 миллионов солнечных масс. То есть дыра примерно в 300 раз тяжелее, чем должна быть по соотношению масс черных дыр и галактик, измеренному в ближайшей Вселенной. С момента запуска JWST астрономы уже находили несколько подобных «перекормленных» черных дыр в ранних галактиках, но новая система позволяет впервые увидеть их окружение в таких деталях.
Астрономы Института внеземной физики Макса Планка под руководством Джулии Тоцци использовали спектрограф NIRSpec в режиме интегрального поля и глубокие снимки NIRCam в рамках программы BlackTHUNDER. Оказалось, что GN‑77652 окружена как минимум четырьмя дополнительными «комками» звезд и газа, сопоставимыми с галактиками, обозначенными B, C, D и E. Все они имеют практически одинаковое красное смещение (z ≈ 5,23), то есть находятся на одном расстоянии и физически связаны. Эти компоненты вытянуты вдоль нити на расстояниях от ~2,4 до 11,6 килопарсека от GN‑77652.
Интересно, что сама GN‑77652 — не самая массивная галактика в этой компании: источники B и D содержат в звездах примерно в десять раз больше массы. Газ в конструкции, судя по данным, стекается к источнику B в центре, что намекает на будущий крупный слив всей структуры. При этом отдельные галактики сильно различаются по звездной массе, скорости звездообразования и насыщенности тяжелыми элементами, то есть каждая находится на своей стадии эволюции.
Слева: Карта излучения [O III], показывающая всю систему при z ≈ 5,23. Выделяются пять отдельных источников: GN-77652 (A) и четыре более протяженных источника (B, C, D, E). Сплошные контуры обозначают форму каждого источника на основе двумерной гауссовой аппроксимации его излучения [O III]; пунктирные контуры обозначают аналогичную аппроксимацию, но с использованием изображения F444W. Справа: Спектры каждого источника, полученные с использованием тех же сплошных апертур, что и слева, из данных NIRSpec IFU с более низким разрешением. Для сравнения сверху также показан спектр GN-77652 с более высоким разрешением NIRSpec MSA. Спектры демонстрируют различия в форме континуума и в относительной интенсивности эмиссионных линий от ультрафиолетового диапазона в системе покоя до оптического диапазона, что указывает на различные физические свойства различных источников.Сама GN‑77652 демонстрирует плавный градиент скоростей, совместимый с вращающимся газовым диском небольшого размера. Авторы отмечают, что это редкий, но уже подтвержденный для нескольких подобных объектов признак того, что галактика ведет себя скорее как «нормальная» звездообразующая система, а не как хаотично разрушенная слияниями.
Самый интригующий результат наблюдений связан с источником B, расположенным всего в 2,4 килопарсека (по проекции) от GN‑77652. Соотношения яркости эмиссионных линий в нем показывают, что газ ионизован чем‑то более энергичным, чем обычное звездное излучение. Авторы проверили гипотезу, что это «подсветка» от активного ядра GN‑77652, но расчеты показали: для объяснения наблюдений требуется поток ионизирующего света, как минимум в сотни раз превышающий то, что может дать черная дыра GN‑77652. Это указывает на наличие второго активного ядра прямо в галактике B. Если последующие наблюдения подтвердят этот вывод, система станет одной из немногих известных пар близко расположенных черных дыр на такой ранней стадии истории Вселенной.
На основе расстояний и масс астрономы рассчитывает, что весь кластер галактик должен слиться в одну примерно через 150−440 миллионов лет. Моделируя рост черной дыры и звездной массы объединенной системы, ученые обнаружили, что соотношение между ними приблизится к тому, что наблюдается в типичных галактиках сегодня. Компактный «перекормленный» вид GN-77652, вероятно, представляет собой короткоживущую эволюционную фазу.
Ранее астрономы в режиме реального времени зафиксировали повторяющееся извержение черной дыры.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
