Cверхмассивные черные дыры в миллионы и миллиарды раз больше нашего Солцна существуют в большинстве галактик локальной Вселенной, в том числе в нашем Млечном Пути. Они, вероятно, оказали серьезное влияние на эволюцию галактик, в которых находятся. Однако до сих пор не до конца понятно, как эти объекты стали такими массивными. Обнаружение гигантских черных дыр, уже существовавших в первый миллиард лет после Большого взрыва, указывает на то, что такой рост должен был произойти чрезвычайно быстро и очень рано. Теперь космический телескоп Джеймса Уэбба проливает свет на эту загадку.

Новые наблюдения предоставили доказательства продолжающегося слияния двух галактик и их массивных черных дыр. Это происходило, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Система известна как ZS7.

Массивные черные дыры, активно аккрецирующие, то есть поглощающие материю, обладают отличительными спектрографическими особенностями, которые позволяют астрономам идентифицировать их. Для очень далеких галактик, подобных тем, которые рассматриваются в этом исследовании, эти сигнатуры недоступны с Земли, и их можно увидеть только с помощью Уэбба.

"Мы обнаружили доказательства существования быстро двигающегося очень плотного газа вблизи черной дыры , — объясняет ведущий автор исследования Ханна Юблер из Кембриджского университета. — Также мы увидели горячий и сильно ионизированный газ, освещенный энергетическим излучением, обычно производимым этими объектами в периоды их аккреции. Благодаря беспрецедентной четкости визуализации Уэбб также позволил нашей команде пространственно разделить две черные дыры".

Команда обнаружила, что масса одной из них в 50 миллионов раз превышает Солнечную. "Другая, вероятно, аналогична, хотя ее гораздо сложнее измерить, потому что она скрывается в плотном газе", — говорит член команды Роберто Майолино из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона.

"Наши результаты показывают, что слияние — это важный способ, при помощи которого черные дыры могут быстро расти, даже на заре космоса, — рассказывает Юблер. — Вместе с другими открытиями Уэбба об активных массивных черных дырах в далекой Вселенной наши результаты также показывают, что эти объекты с самого начала определяли эволюцию галактик".

"Звездная масса системы, которую мы изучали, аналогична массе нашего соседа, Большого Магелланова Облака, — говорит Пабло Г. Перес-Гонсалес из Центра астробиологии в Испании. — Мы можем попытаться представить, как на эволюцию сливающихся галактик могло бы повлиять присутствие в каждой галактике одной сверхмассивной черной дыры такого же размера или больше, чем та, что есть в Млечном Пути".

Команда также отмечает, что как только две черные дыры сольются, они также начнут генерировать гравитационные волны. Подобные события можно будет обнаружить с помощью следующего поколения обсерваторий гравитационных волн, таких как предстоящая миссия Laser Interferometer Space Antenna (с англ. — "Лазерная интерферометрическая космическая антенна" или LISA), которая недавно была одобрена Европейским космическим агентством и станет первой внеземной обсерваторией, занимающейся изучением гравитационных волн.

"Результаты Уэбба говорят нам, что более легкие системы, обнаруживаемые с помощью LISA, должны встречаться гораздо чаще, чем предполагалось ранее, — рассказывает ведущий научный сотрудник проекта LISA Нора Лютцгендорф из Европейского космического агентства. — Скорее всего, это заставит нас скорректировать наши модели в этом массовом диапазоне. Это лишь верхушка айсберга".

Результаты исследования были опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.