Сверхмассивные черные дыры вырастают из небольших черных дыр массой от сотен солнечных масс до десятков тысяч. Но откуда берутся эти «зародыши»? Теоретически они могут образовываться от слияния черных дыр звездной массы. Чтобы это произошло, плотность объектов в небольшой области космоса должна быть высокой. Например, это может быть шаровое звездное скопление. Астрономы изучили древнейшую известную группу таких скоплений всего через 460 миллионов лет после Большого взрыва.
Дуга космических самоцветов (SPT0615-JD1) — одна из ярчайших галактик из времен, когда Вселенной было всего 465 миллионов лет (красное смещение 10,2). Мы хорошо видим ее благодаря эффекту гравитационного линзирования. Роль лупы играет скопление галактик SPT-CL J0615-5746 — каким мы его видим, когда Вселенной было около шести миллиардов лет. Дугу космических самоцветов впервые заметили на снимках космического телескопа «Хаббл», сделанных во время обзора RELICS. Теперь астрономы изучили ее с помощью орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб».
Оказалось, что это не просто галактика, а очень плотная группа из пяти древних шаровых звездных скоплений. Они наполнены молодыми звездами с низкой металличностью, то есть это одни из первых звезд. Статья с описанием объекта опубликована в журнале Nature.
«Мы были поражены, когда впервые открыли снимки „Уэбба”. Мы увидели небольшую цепочку ярких точек, отзеркаленную с одной стороны на другую. Космические самоцветы оказались звездными скоплениями! Без „Уэбба” мы бы не знали, что видим звездные скопления в настолько молодой галактике», — объяснила Анжело Адамо, главный автор исследования, астроном из Стокгольмского университета (Швеция) и Центра Оскара Клейна.
Пять шаровых скоплений расположены в небольшой области космоса диаметром менее 230 световых лет (70 парсек). По размеру эта область сопоставима с индивидуальными скоплениями звезд в галактиках того периода.
По оценкам, возраст этих скоплений — от девяти до 36 миллионов. Масса каждого из них — от одного до 2,6 миллиона солнечных масс. Суммарно они составляют примерно треть массы своей галактики. Их параметры подтверждают предположение, что компактные скопления звезд диаметром от 1,6 до 6,5 светового года (0,5 до двух парсек) — главные «производители» звезд в первых карликовых галактиках с низкой металличностью.
Плотность звезд в скоплениях достигает десятков тысяч звездных масс на квадратный парсек, что в тысячи раз больше, чем в молодых шаровых скоплениях в современной Вселенной, в том числе в окрестностях Млечного Пути.
По предположениям ученых, из-за такой высокой плотности в этих скоплениях должны чаще происходить слияния черных дыр звездной массы. Именно в подобных столкновениях должны образовываться «зародыши» средней массы для будущих сверхмассивных черных дыр.
«Эти результаты дают нам прямое доказательство того, что шаровые протоскопления формировались в тусклых галактиках в эпоху реионизации, а это помогает нам понять, как этим галактикам удалось реионизировать Вселенную», — добавила Адамо.
Авторы новой работы уверены, что есть еще немало подобных древних галактик, которые теперь можно подробнее изучить благодаря «Джеймсу Уэббу». Пока ученые собираются продолжить наблюдения за Дугой космических самоцветов с помощью других инструментов космического телескопа. В первую очередь они хотят подтвердить красное смещение объекта и по ультрафиолетовому излучению подробнее изучить физические свойства скоплений. Наблюдения также позволят составить «карту» областей активного звездообразования.
