Дві сусідні надмасивні чорні діри у фазі квазара видно такими, якими вони були менш ніж через мільярд років після Великого вибуху. Це найдавніша з відомих тісних пар квазарів. Обидві вже тоді мали маси, для яких поки немає остаточного теоретичного пояснення.
Несподівано важкі для своєї епохи
Пара отримала каталожну назву J1602+4228AB і гавайську назву Nāpōwawāʻenakaulua. Маса більшої з двох чорних дір становить 1,5 мільярда сонячних, меншої близько 400 мільйонів. Для орієнтиру Стрілець A* у центрі Галактики важить приблизно 4 мільйони мас Сонця, тож більша чорна діра пари перевершує його більш ніж у 300 разів. Між двома квазарами 18 100 світлових років, а це близько п’ятої частини діаметра Чумацького Шляху.
Ми бачимо пару такою, якою вона була через 900 мільйонів років після Великого вибуху, коли Всесвіт мав менше ніж 7% нинішнього віку. Як повідомляє NOIRLab, керівниця дослідження Сільвія Онорато вважає загадкою вже сам гігантський квазар у таку ранню епоху. «Немає остаточного теоретичного пояснення, як може існувати бодай один такий квазар, не кажучи вже про два», — каже вона.
Річ у тім, що речовина не може падати на чорну діру як завгодно швидко. Газ поблизу неї розігрівається і випромінює, а тиск цього випромінювання відштовхує решту матеріалу. Якщо зародком був залишок зорі, то для росту до мільярда сонячних мас приплив мав би тривати на межі можливого майже весь час від Великого вибуху. Астрономи вже знаходили окремі швидкозростаючі чорні діри на світанку Всесвіту, але два таких гіганти поруч ще більше ускладнюють задачу.
Знахідка в огляді Aether
Галактики в ранньому Всесвіті часто зіштовхувалися, тому пари надмасивних чорних дір мають бути звичним явищем. А знайти їх важко. Фаза квазара триває недовго, далекі джерела тьмяні, а два близькі об’єкти складно розділити на зображенні. На «космічному світанку» відомо лише три такі пари, і нова серед них найтісніша.
Другий квазар помітили в даних огляду Aether, яким керує Емануеле Паоло Фаріна з NOIRLab. Огляд за допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) на телескопі James Webb охопив 200 квазарів раннього Всесвіту, тобто 43% відомих для цієї епохи.
Те, що це два різні об’єкти, підтвердили за допомогою ближньоінфрачервоного спектрографа (GNIRS) на телескопі Gemini North на горі Мауна-Кеа. Слабший квазар розташований так близько до яскравішого, що із Землі його майже неможливо розгледіти, але небо під час спостережень було надзвичайно прозорим. Результати опубліковано в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Letters.
Пара чи оптична копія
Гравітаційна лінза, тобто масивна галактика між нами і квазаром, могла б викривити його випромінювання і створити друге, слабше зображення того самого джерела. Такі копії мають однакову форму спектра, а за даними багатооб’єктного спектрографа Gemini (GMOS) спектри двох квазарів помітно різняться. Тому команда вважає ймовірнішим, що це дві окремі чорні діри. Остаточно відкинути варіант із лінзою можна буде лише після побудови її моделі.
Автори роботи припускають, що пара вказує на ділянку раннього Всесвіту з надзвичайно високою концентрацією речовини. Взаємодії галактик там одночасно підживлювали б і зореутворення, і швидкий ріст чорних дір. Якщо це так, довкола пари, ймовірно, є й інші галактики, тож наступною перевіркою стане пошук цього оточення.
