Безпосереднє вимірювання маси надмасивної чорної діри в Little Red Dot через 700 мільйонів років після Великого вибуху

Недавнє дослідження, проведене групою астрофізиків, дозволило безпосередньо виміряти масу надмасивної чорної діри в об'єкті, відомому як Little Red Dot (LRD), що існував лише 700 мільйонів років після Великого вибуху. Цей LRD має червоний зсув 7,04 і містить чорну діру масою 50 мільйонів сонячних мас, оточену лише приблизно 20 мільйонами сонячних мас зірок, тоді як залишок складає первинний газ. Це відкриття може пролити світло на походження надмасивних чорних дір. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Abell 2744−QSO1 є особливим LRD, оскільки він з'являється тричі через сильну гравітаційну лінзу, викликану скупченням галактик Abell 2744, яке знаходиться на передньому плані. Дослідники, на чолі з Ігнасом Юоджбалісом з Кембриджського університету, об'єднали ефект гравітаційної лінзи та глибокі спектроскопічні дані з телескопа Webb, щоб виявити криву обертання, яка не відповідає ядерному зоряному скупченню, але легко пояснюється обертанням Кеплера навколо маси в 50 мільйонів сонячних мас. Це обертання вказує на те, що в LRD практично немає зоряної компоненти, оскільки співвідношення маси чорної діри до зіркової маси перевищує 2.

Дослідники також встановили, що світність Еддінгтона чорної діри становить 7,6 × 10^45 ерг/с. Використовуючи стандартні співвідношення між широкою лінією Hα та болометричною світністю, вони виявили, що чорна діра акредитує матерію значно нижче своєї межі Еддінгтона, з L/LEdd ≈ 0,02. Якщо співвідношення між широкою лінією Hα та болометричною світністю перевищує локальні оцінки, то L/LEdd може бути ще менше, що вказує на те, що чорна діра може бути в стані майже спокою.

Дослідники також оцінюють верхню межу динамічної маси зірок галактики Abell 2744−QSO1, яка становить 20 мільйонів сонячних мас. Це робить QSO1 найбільш «голою» масивною чорною дірою, коли-небудь виявленою, що узгоджується з попередніми відкриттями про наявність цієї чорної діри в хімічно практично чистому середовищі. Юоджбаліс і його команда вважають, що це відкриття свідчить про можливість раннього формування чорних дір, тобто чорні діри могли виникати і зростати до утворення своїх галактик.

На думку дослідників, є два основні сценарії, які можуть пояснити існування такого системи: це або «важкі насіння», такі як чорні діри, що виникають внаслідок безпосереднього колапсу масивних газових хмар, або первинні чорні діри, які могли з'явитися в перші секунди після Великого вибуху. Проте більшість сценаріїв безпосереднього колапсу вимагають наявності потужного ультрафіолетового випромінювання поблизу, що не спостерігається в даному випадку.

Незважаючи на це, дослідники вважають, що дуже низька металевість системи є незалежним аргументом на користь сценарію первинних чорних дір для її походження. Однак спостережувана маса в 50 мільйонів сонячних мас перевищує типову масу первинних чорних дір, яка становить приблизно 1 мільйон сонячних мас, що вказує на необхідність значної акреції або швидкого злиття багатьох первинних чорних дір.

У будь-якому випадку, висока маса чорної діри Abell 2744−QSO1 в такій віддаленій космічній епосі, разом із надзвичайно високим співвідношенням MTN/M⁎ та її середовищем з майже чистого газу, вказує на те, що це дійсно насіння масивної чорної діри, яке спостерігається на ранніх стадіях акреції.