Учёные нашли три активно питающихся сверхмассивных чёрных дыры в одной галактике на расстоянии более 12,5 миллиарда световых лет от Земли. Исследование международной группы под руководством Института экстратерральной физики Макса Планка (MPE) предоставляет редкий взгляд на то, как огромные черные дыры росли и взаимодействовали во времена самого раннего периода существования Вселенной.

Открытие сделано в галактике J0148-4214. Все три чёрных дыры активно поглощают материю, которая через окружающие диски газа устремляется к ним. Свет от галактики достиг Земли после примерно 12,5 миллиарда лет путешествия, значит, мы видим её такой, какой она была примерно через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва.

Из-за огромных расстояний расширение Вселенной растягивает свет на более длинные, красные волны. Этот эффект на галактике J0148-4214 оценивают по красному сдвигу z=5.02, что фиксирует её солидную удалённость.

По данным JWST, три активных чёрных дыры были идентифицированы по характерным признакам в спектре излучения водорода. Вблизи одной из дыр возникают сильные гравитационные воздействия, из-за чего газ движется с очень высокой скоростью, и эти движения запечатлены в спектре света, позволяя определить активность верёвок даже если сами объекты неразличимы напрямую.

Две центральные чёрные дыры расположены близко к центру галактики, на расстоянии всего около 620 световых лет друг от друга. Третья же находится в более удалённом регионе — примерно в 5500 световых лет от центра.

По расчётам учёных, массы трёх чёрных дыр составляют примерно 80 миллионов, 600 тысяч и 2 миллиона солнечных масс. Интересно, что крупнейшая дыра не обладает самым высоким темпом втягивания материи: меньшая по массе соседка с примерно 600 тысячами солнечных масс накапливает маторию заметно быстрее, и её скорость нарастает выше пределов, предсказанных базовыми моделями роста чёрных дыр (Эддингтонский предел).

Такое необычное быстрое увеличение массы может прояснить, как некоторые чёрные дыры стали чрезвычайно крупными за столь короткий период ранней Вселенной. По словам авторов, JWST позволил не только обнаружить тройку дыр, но и оценить их массы, показатели аккреции и массу звёздной составляющей галактики — в сумме примерно 1,3 миллиарда солнечных масс, причём дыры занимают значительную долю от этой массы.

Существующий в галактике дуэт центральных чёрных дыр, скорее всего, сойдётся в ближайшие несколько сотен миллионов лет и столкнётся, образовав ещё более крупную чёрную дыру. Это может служить примером быстрого пути роста сверхмассивных дір в ранней Вселенной.

Третья чёрная дыра — обособленный элемент на краю галактики: её положение может быть следствием сдвига из-за гравитационной отдачи после прошлого слияния, или же она постепенно перемещается к центру, где в перспективе может взаимодействовать с двумя соседями. Оба сценария остаются предметом обсуждения.