Космический телескоп Джеймса Уэбба исследует галактики на заре времен, продолжая менять наше понимание ранней Вселенной. Одной из них является исключительно яркая GN-z11, которую первоначально обнаружил космический телескоп Хаббл. Команда, изучающая ее с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, нашла первое явное свидетельство того, что в центре галактики есть сверхмассивная черная дыра, которая быстро аккрецирует, то есть притягивает и поглощает материю. Это открытие означает, что GN-z11 — самая далекая от Земли активная сверхмассивная черная дыра, обнаруженная на сегодняшний день.

"Мы выявили чрезвычайно плотный газ, который часто встречается в окрестностях сверхмассивных черных дыр, — объясняет главный исследователь Роберто Майолино из Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли при Кембриджском университете в Великобритании. — Это были первые явные признаки того, что в GN-z11 находится черная дыра, поглощающая материю".

Используя Уэбба, команда также обнаружила признаки ионизированных химических элементов, которые обычно наблюдаются вблизи аккрецирующих сверхмассивных черных дыр. Кроме того, ученые отметили, что галактика испускает очень мощный ветер. Такие высокоскоростные потоки обычно вызываются процессами, связанными с энергичной аккрецией сверхмассивных черных дыр.

"Камера ближнего инфракрасного диапазона Уэбба обнаружила расширенный компонент и центральный компактный источник, цвета которого соответствуют цветам аккреционного диска, окружающего черную дыру", — рассказывает исследователь Ханна Юблер, также из Кавендишской лаборатории и Института Кавли.

В совокупности эти данные показывают, что GN-z11 содержит сверхмассивную черную дыру массой в два миллиона раз больше нашего Солнца. Она находится в очень активной фазе поглощения материи, поэтому она такая яркая.

Вторая группа, также возглавляемая Майолино, использовала ближний инфракрасный спектрограф Уэбба, чтобы найти сгусток гелия в ореоле, окружающем GN-z11.

"Тот факт, что мы не видим ничего, кроме гелия, предполагает, что этот комок должен быть относительно нетронутым, — объясняет ученый. — Это то, что предсказывалось теорией и моделированием вблизи особенно массивных галактик этих эпох — в гало должны сохраниться карманы чистого газа, и они могут коллапсировать и образовывать звездные скопления населения III".

Поиск до сих пор невиданных звезд населения III –– первого поколения звезд, образовавшихся почти полностью из водорода и гелия — является одной из важнейших целей современной астрофизики. Ожидается, что эти космические объекты будут очень массивными, яркими и горячими. Их признаком было бы наличие ионизированного гелия и отсутствие более тяжелых химических элементов.

Формирование первых звезд и галактик знаменует собой фундаментальный сдвиг в космической истории, в ходе которого Вселенная превратилась из темного и относительно простого состояния в высокоструктурированную и сложную среду, которую мы видим сегодня.

В будущих наблюдениях ученые будут более глубоко исследовать GN-z11 и надеются укрепить аргументы в пользу звезд населения III, которые могут формироваться в ее гало.

Исследование первозданного газового сгустка в гало GN-z11 было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysicals. Результаты наблюдения черной дыры описаны в журнале Nature.