Одним из инструментов телескопа Уэбб является Near Infrared Camera (NIRCam), который способен обнаруживать инфракрасное излучение от самых древних и удаленных галактик во Вселенной. Этот инструмент был использован для обнаружения галактики UHZ1, в которой находится черная дыра UHZ1. Галактика UHZ1 была выбрана для наблюдения, поскольку она находилась в направлении скопления галактик Abell 2744, которое является одним из самых мощных гравитационных линз в небе.
Гравитационная линза — объект, который искривляет и усиливает свет от более далеких объектов за счет своей гравитации. Таким образом, скопление галактик Abell 2744 действовало как увеличительное стекло, которое позволило телескопу Уэбб увидеть галактику UHZ1, которая иначе была бы слишком тусклой и маленькой.
Телескоп Уэбб сделал несколько снимков галактики UHZ1 в разных длинах волн инфракрасного излучения. Анализ этих снимков показал, что галактика имеет очень высокую скорость красного смещения, которая равна 10,4. Красное смещение — это явление, при котором свет от удаляющихся объектов смещается к более длинным и красным длинам волн. Чем больше красное смещение, тем дальше объект находится от нас и тем старше он по возрасту. Галактика UHZ1 - это одна из самых далеких и старинных галактик, которые когда-либо были найдены. Она расположена на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от нас, и мы наблюдаем ее в том виде, в котором она была спустя 600 миллионов лет после Большого Взрыва. Это следует из того, что ее красное смещение равно 10,4, что означает, что свет от нее сильно смещен к красному из-за расширения Вселенной.
Галактика UHZ1 также содержит горячую плазму, которая излучает рентгеновские лучи. Это может быть признаком того, что в ее центре есть сверхмассивная черная дыра, которая питается веществом из аккреционного диска. Эту черную дыру удалось обнаружить с помощью телескопа Чандра, который проводил двухнедельное сканирование глубокого космоса. Телескоп Чандра смог увидеть рентгеновское излучение от черной дыры благодаря тому, что оно было усилено гравитационной линзой Abell 2744, которая находится между нами и галактикой UHZ1. Гравитационная линза Abell 2744 также увеличила свет от галактики UHZ1 в четыре раза, что сделало ее более заметной для телескопа Уэбб, который работает в инфракрасном диапазоне.
Это открытие очень важно для науки, поскольку оно помогает нам понять, как сверхмассивные черные дыры могли набирать такие большие массы в ранней вселенной после Большого Взрыва.
Есть физические ограничения на то, насколько быстро черные дыры могут расти после своего формирования. Однако те, которые образовываются с самой большой начальной массой, имеют преимущество. Это можно сравнить с посадкой саженца, который вырастает в полноразмерное дерево быстрее, чем если начать с семени
— Физик Энди Гулдинг из Принстонского университета.
Исследователи обнаружили убедительные свидетельства того, что новооткрытая черная дыра имеет очень большую массу. Они оценили ее в диапазоне от 10 до 100 миллионов солнечных масс, основываясь на яркости и энергии рентгеновского излучения. Эта черная дыра отличается от черных дыр в центрах близких галактик, которые обычно весят лишь небольшую часть массы звезд в своих галактиках, а UHZ1 имеет массу, сравнимую с массой всех звезд в своей галактике.
Мы считаем, что это первое обнаружение так называемой «внешне большой» черной дыры и лучшее подтверждение того, что некоторые черные дыры формируются из больших газовых облаков. Впервые мы видим этот краткий этап, когда сверхмассивная черная дыра добирает массу, сравнимую с массой звезды в ее галактике-родителе, прежде чем продолжить свой рост
— Приямвада Натараджан из Йельского университета, соавтор открытия.
Черная дыра UHZ1 является самой древней сверхмассивной черной дырой, которая была обнаружена до сих пор. Она существовала, когда Вселенная была еще очень молодой и не успела сформировать много звезд и галактик. Это означает, что она может дать нам ценную информацию о том, как началась история Вселенной и какие физические процессы происходили в ней.
Астрономы намерены использовать эти и другие результаты, полученные с помощью телескопа Уэбба и других телескопов, чтобы восстановить более полную картину ранней вселенной.
