«Джеймс Уэбб» нашёл две гигантские чёрные дыры рядом спустя 900 млн лет после Большого взрыва

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил две сверхмассивные чёрные дыры, которые поглощали вещество бок о бок, когда возраст Вселенной не достигал и миллиарда лет. Это старейшая из известных компактных пар квазаров, а расстояние между ними меньше, чем от Солнца до центра Млечного Пути.

Эта пара важна тем, что никто не ожидал найти столь раннюю систему. Каждая из чёрных дыр в сотни миллионов или миллиарды раз тяжелее Солнца, и вероятность обнаружить две такие дыры так близко друг к другу в ту эпоху намного выше, чем предсказывают современные модели молодой Вселенной.

Система официально называется J1602+4228AB. Её гавайское имя — Nāpōwawāʻenakaulua — придумал Ларри Кимура из колледжа гавайского языка Гавайского университета в рамках программы именования A Hua He Inoa. Оно переводится как «Два небесных тела бездонной могучей тьмы в сиянии жара, перерождающего энергию во Вселенной». Исследование под руководством Сильвии Онорато из NSF NOIRLab опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.

Свет, который мы видим, покинул эту пару примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва. Бо́льшая чёрная дыра весит около 1,5 миллиарда масс Солнца, меньшая — около 400 миллионов. Они находятся на расстоянии примерно 18 100 световых лет друг от друга — это около одной пятой диаметра Млечного Пути.

Квазар — это сверхмассивная чёрная дыра, которая поглощает так много газа, что окружающее её вещество затмевает все звёзды в родной галактике. Оба члена этой пары питаются на пределе Эддингтона или чуть выше него — это скорость, при которой излучение, выталкивающее вещество наружу, уравновешивает гравитацию, втягивающую газ внутрь. Таким образом, обе чёрные дыры растут примерно с максимально возможной по законам физики скоростью.

«Не существует окончательного теоретического объяснения тому, как вообще один из этих гигантских квазаров мог существовать так рано в истории нашей Вселенной, не говоря уже о двух», — заявила Онорато в пресс-релизе NOIRLab.

Как «Уэбб» и «Джемини» нашли второй квазар

Пара была обнаружена в ходе обзора Aether — программы «Уэбба» под руководством Эмануэле Паоло Фарины из NSF NOIRLab и Международной обсерватории Джемини. В рамках этого обзора спектрограф ближнего инфракрасного диапазона «Уэбба» нацеливается на 200 квазаров первого миллиарда лет — около 43% всех известных квазаров того периода. Вместо одного спектра прибор записывает отдельный спектр для каждого маленького участка неба вокруг каждой цели.

При визуальной проверке каждого куба данных команда заметила, что у известного квазара J1602+4228 есть слабый компаньон на почти точно таком же расстоянии. Из 199 исследованных полей обзора это единственный квазар-компаньон с широкими эмиссионными линиями — признаком быстро движущегося газа вблизи чёрной дыры. «Уэбб» наблюдал это поле около 45 минут.

Компаньон примерно в 19 раз тусклее основного квазара, и на небе их разделяет чуть меньше одной угловой секунды — примерно ширина монеты, видимой с расстояния четырёх километров. Чтобы подтвердить, что это отдельный объект, команда обратилась к спектрографу ближнего инфракрасного диапазона «Джемини» на телескопе Gemini North на Мауна-Кеа на Гавайях и установила щель так, чтобы она захватывала оба квазара одновременно. Слабый квазар получил более трёх часов экспозиции. «Небо над Мауна-Кеа было таким чистым и прозрачным, что нам удалось собрать данные всего за две ночи», — сказала Онорато. Третий инструмент, многообъектный спектрограф «Джемини», добавил оптический свет от слабого компаньона.

Красные смещения двух квазаров — мера того, насколько расширение Вселенной растянуло их свет — различаются всего примерно на 15 километров в секунду, что помещает их практически на одинаковое расстояние от Земли.

Насколько близко расположены столь древние чёрные дыры

Это лишь третья пара квазаров, обнаруженная на космическом рассвете — в эпоху первых галактик, и она самая тесная. Предыдущая самая компактная ранняя пара, J2037-4537, имеет расстояние около 24 000 световых лет и наблюдалась примерно на 100 миллионов лет позже в космической истории. Другой кандидат той же эпохи, J1215-0148, имеет ширину около 39 000 световых лет, и астрономы до сих пор спорят, является ли он настоящей парой.

Для сравнения: Солнце находится примерно в 26 000 световых лет от Стрельца A* — чёрной дыры в центре нашей галактики. Стрелец A* весит около четырёх миллионов Солнц. Бо́льшая чёрная дыра в этой паре примерно в 380 раз тяжелее, и она достигла такой массы, когда возраст Вселенной составлял около 6,5% от нынешнего.

Команда также задалась вопросом, как часто должна встречаться такая пара. Измерения того, как квазары группируются в крупных масштабах, экстраполированные до масштаба этой пары, предсказывают гораздо меньше таких соседей, чем один на 199 полей. Наблюдаемая пара в 100–1000 раз превышает эти экстраполяции, даже когда команда использовала более низкий порог яркости.

Что эта пара пока не проясняет

Первый открытый вопрос — действительно ли это два квазара. Галактика, расположенная между нами и одним далёким квазаром, может искривить его свет и создать два изображения одного и того же объекта — эффект, называемый гравитационным линзированием. Спектры говорят против этого. Два квазара различаются по наклону своего света и по тому, насколько сильно их затемняет пыль, а быстрые истечения газа, видимые в их эмиссионных линиях кислорода, имеют разную форму, и линзирование не может изменить эти формы. Поэтому команда предварительно склоняется к тому, что это настоящая пара. Однако архивные снимки «Хаббла» показывают возможную галактику на переднем плане рядом с более тусклым квазаром. Авторы пишут, что одних спектров недостаточно, чтобы исключить линзирование, и полная модель линзы ещё готовится.

Второе ограничение — сами массы. Оценки массы чёрных дыр, полученные из одного спектра, имеют систематическую погрешность примерно в два раза, так что цифры 1,5 миллиарда и 400 миллионов являются приблизительными, а не точными измерениями.

Третье ограничение касается избытка. Предсказания кластеризации были измерены в гораздо более крупных масштабах и должны быть экстраполированы далеко за пределы проверенного диапазона, где, по словам авторов, теория крайне неопределённа. Одна пара не может показать, являются ли такие системы обычными или же эта — редкое совпадение.

По отдельности чёрные дыры не нарушают никаких правил: их массы и темпы поглощения соответствуют одиночным квазарам той же эпохи. Нераскрытым остаётся то, как какая-либо чёрная дыра смогла вырасти до миллиарда солнечных масс так быстро и почему две из них сделали это так близко друг к другу.

Почему слияние может объяснить эту пару

Команда предполагает, что Nāpōwawāʻenakaulua отмечает экстремальный пик плотности материи в ранней Вселенной — место, где сталкивающиеся галактики направили большие объёмы газа к своим центрам. Этот газ одновременно подпитывал звездообразование и обе чёрные дыры, что объясняет, почему два квазара включились одновременно.

Если две родительские галактики сливаются, чёрные дыры со временем должны устремиться к центру объединённой галактики, образовать связанную пару и в далёком будущем слиться. Такие пары являются ранней стадией процесса, который, как считается, порождает слабый фон гравитационных волн, о котором сообщила коллаборация NANOGrav.

Вопросы читателей о паре квазаров

Что такое пара квазаров?

Пара квазаров — это две активно питающиеся сверхмассивные чёрные дыры, расположенные близко друг к другу в пространстве, обычно потому, что их родительские галактики взаимодействуют или сливаются. Очень мало таких пар найдено в первый миллиард лет после Большого взрыва.

Как далеко находится Nāpōwawāʻenakaulua?

Её свет покинул пару примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва, что соответствует красному смещению около 6,08. Свет путешествовал почти 13 миллиардов лет, чтобы достичь «Уэбба».

Как астрономы взвешивают чёрную дыру на таком расстоянии?

Они измеряют ширину эмиссионных линий водорода от газа, вращающегося вокруг чёрной дыры. Более быстрые орбиты означают более широкие линии, и в сочетании с яркостью квазара ширина даёт оценку массы. Эти оценки по одному спектру имеют неопределённость примерно в два раза.

Может ли второй квазар быть иллюзией, вызванной гравитационным линзированием?

Это возможно, но считается менее вероятным. Два спектра различаются так, как линзирование не должно давать, особенно по форме газовых истечений, однако на снимках «Хаббла» замечена кандидатная галактика на переднем плане. Детальная модель линзы проверит эту идею.

Что дальше

«Уэбб» записал данные открытия 2 апреля 2025 года, наблюдения на «Джемини» продолжались в этом году, а статья была опубликована 10 ноября 2026 года. Команда Онорато сейчас готовит динамическое исследование газа, движущегося между двумя квазарами, и модель линзы на основе архивных снимков «Хаббла». Отдельная статья под руководством Роберто Декарли из Национального института астрофизики Италии сообщит о галактиках-компаньонах, найденных во всём обзоре Aether, — это первый шаг к статистической выборке, которая сможет показать, являются ли такие пары распространёнными или редкими.

Источник: Onorato et al., «Nāpōwawā‘enakaulua: A Close Quasar Pair at Cosmic Dawn in the Aether Survey,» The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb11f

Теги: астрономия, James Webb Space Telescope, JWST, чёрные дыры, Gemini North, Nāpōwawāʻenakaulua