ЧЁРНУЮ ДЫРУ ВЗВЕСИЛИ ЧЕРЕЗ 470 МИЛЛИОНОВ ЛЕТ ПОСЛЕ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

Квазары, питаемые чёрными дырами в миллиарды солнечных масс, существовали уже тогда, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Как они так быстро стали такими большими — одна из открытых загадок астрономии. Широкоугольные обзоры нашли сотни таких монстров, но только самых ярких.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» изменил картину. Он способен видеть гораздо более слабые активные ядра галактик — галактик, центральная чёрная дыра которых поглощает вещество, — улавливая широкие эмиссионные линии: свет газа, обращающегося вблизи чёрной дыры так быстро, что его спектральные линии — точные цвета, которые испускает каждый элемент, — размываются. Многие из этих объектов — компактные источники очень красного вида, прозванные «маленькими красными точками» (Little Red Dots), природа которых всё ещё обсуждается.

Поиск без коротких путей

Синъяо Цай, Акио К. Иноуэ, Масафуса Оноуэ и их коллеги под руководством Университета Васэда в Токио просмотрели открытые спектры архива DAWN JWST Archive: 1247 источников с надёжно определёнными расстояниями на красных смещениях от 6 до 10,3 — красное смещение, обозначаемое z, показывает, насколько расширение Вселенной растянуло их свет: чем оно больше, тем дальше источник и тем глубже в прошлое мы его видим. Предварительного отбора по цвету или размеру не было. Для каждого спектра проверялось, описывает ли его модель с широкой линией водорода лучше, чем модель без неё. Проверку прошли 66 кандидатов.

Самый далёкий из них — MoM-BL-z10, наблюдавшийся в программе «Mirage or Miracle», на красном смещении z = 9,9837 — когда Вселенной было всего 470 миллионов лет.

Его широкая линия водорода-бета, испущенная как видимый сине-зелёный свет, доходит до нас растянутой примерно в одиннадцать раз (1 + z), в инфракрасную область, на 5,35 микрометра, сразу за границей 5,3 микрометра стандартной обработки «Уэбба». Её удалось увидеть только потому, что обработка данных в архиве восстанавливает этот дополнительный участок спектра.

Снимки MoM-BL-z10, сделанные «Уэббом» в семи фильтрах (вверху), и его спектр с аппроксимированной широкой линией водорода-бета справа. — Рисунок 1, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

Взвешивание чёрной дыры

Широкая линия обнаружена с отношением сигнал/шум 3,87 — едва выше порога 3, который авторы задали заранее. Свет газа, движущегося к нам, смещается в одну сторону, а удаляющегося — в другую (эффект Доплера), поэтому ширину линии измеряют как разброс скоростей: 3480 километров в секунду (с большими неопределённостями: −950, +2040). Отношения других линий, неона и кислорода, относят объект к активным ядрам, а не к обычным звездообразующим галактикам.

Сочетание скорости газа с яркостью источника, которая задаёт размер области, откуда приходит свет, даёт «вириальную» массу — первую такую оценку на красном смещении 10:

• по стандартному рецепту, используемому для квазаров, — около 36 миллионов солнечных масс (3,6 × 10⁷, примерно от 19 до 94 миллионов) при темпе питания 11% от теоретического максимума, эддингтоновского предела, — потолка, за которым свет падающего вещества отталкивает газ и лишает чёрную дыру питания;
• по рецепту, предложенному для «маленьких красных точек», и в предположении, что она питается на этом максимуме, — около 2,1 миллиона солнечных масс, в 17 раз меньше.

Объект выглядит компактным и имеет цвета, ожидаемые для «маленькой красной точки», но авторы отказываются относить его к этому классу по имеющимся данным.

Слишком тяжёлая, слишком рано

Команда проследила, как могла вырасти такая чёрная дыра, начиная с красного смещения 25 — задолго до тех 470 миллионов лет, когда её наблюдают. Из лёгкого зародыша — остатка звезды массой от 10 до 100 солнечных — для достижения 36 миллионов солнечных масс нужен средний темп примерно вдвое выше эддингтоновского предела. Тяжёлый зародыш массой от 10 000 до 100 000 солнечных, возможно, родившийся при прямом коллапсе газового облака, мог бы достичь её, питаясь на пределе. При наблюдаемом темпе в 11% она никогда не смогла бы так вырасти: в прошлом она должна была поглощать вещество быстрее.

Возможные истории роста: жёлтая звёздочка (стандартная масса) находится там, где лёгким зародышам нужно сверхэддингтоновское питание, а тяжёлым достаточно предельного. — Рисунок 5, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

Даже меньшей массы трудно достичь из звёздного зародыша, растущего на пределе.

На пределе возможностей «Уэбба»

MoM-BL-z10 теперь — самое далёкое из известных активных ядер с широкими линиями, дальше, чем CAPERS-LRD-z9 на z = 9,29. У двух более ранних кандидатов вблизи красного смещения 10, UHZ1 и GN-z11, широкую линию так и не удалось надёжно обнаружить. Поскольку линия водорода здесь лежит на самом краю спектрографа «Уэбба», авторы подозревают, что красное смещение 10 может быть близко к практическому пределу поиска слабых чёрных дыр таким способом. Готовится более масштабный поиск с полным каталогом.