Международная команда астрономов с помощью космического телескопа Уэбба обнаружила доказательства слияния двух галактик и их центральных сверхмассивных черных дыр, когда Вселенной было всего 740 миллионов лет. Это слияние является самым далеким среди событий такого рода, выявленных на настоящий момент, и первым наблюдением слияния сверхмассивных черных дыр на раннем этапе развития Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Галактическая система ZS7 имеет красное смещение z=7,15, что соответствует собственному расстоянию в 29 миллиардов световых лет и времени пути светового луча в 12,9 миллиарда лет (эти значения не совпадают из-за того, что за время путешествия света Вселенная расширилась). Ее звездная масса аналогична массе Большого Магелланова Облака — карликовой галактики, являющейся спутником Млечного Пути.
В ходе новых наблюдений в спектре ZS7 была обнаружена широкая линия Hβ спектральной серии атомов водорода Бальмера, характерная для активного галактического ядра первого типа (АЯГ I типа). Эта линия связана с областью свечения широких спектральных линий (broad-line region, BLR) — области вокруг центрального источника, которая может простираться на расстояние от нескольких световых дней до сотни и более световых лет. Она возникает, когда высокоэнергетическое излучение разогревает и ионизирует межзвездный газ. Характерной особенностью BLR в системе ZS7 является ее смещение от геометрического центра сильного оптического излучения на 620 парсек (2000 световых лет).
В этой области также были обнаружены узкие спектральные линии, характерные для туманностей (так называемые небулярные линии), что является признаком присутствия еще одного активного галактического ядра, относящегося ко второму типу. Сдвиг скорости между областями узких и широких линий составил 40 километров в секунду, что позволяет интерпретировать наблюдения как две сверхмассивные черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга и находящиеся в процессе слияния. Масса одной из них в 50 миллионов раз превосходит массу Солнца, а масса другой, скорее всего, аналогична, однако ее сложно измерить из-за того, что она окутана плотным газом.
По словам авторов, результаты свидетельствуют, что слияние галактик является важным механизмом быстрого роста черных дыр, даже на ранних этапах существования Вселенной, а сами сверхмассивные черные дыры определяли формирование и эволюцию самых ранних галактик. Само слияние черных дыр ZS7 можно использовать как основу для моделей возникновения гравитационных волн, которые возможно будет регистрировать с помощью следующего поколения обсерваторий гравитационных волн, таких как LISA («Лазерная интерферометрическая космическая антенна»).