2 находятся почти в центре и разделены 620 световыми годами, ещё одна — в 5500 световых годах от центра
Международная группа астрономов под руководством Института внеземной физики Общества Макса Планка впервые обнаружила свидетельства существования сразу 3 активно поглощающих вещество чёрных дыр в одной галактике ранней Вселенной. Объект J0148-4214 находится на красном смещении z = 5,0167: его свет добирался до Земли около 12,5 млрд лет, поэтому астрономы видят галактику такой, какой она была примерно через 1,2 млрд лет после Большого взрыва. Две чёрные дыры расположены в центральной области и разделены в проекции всего 620 световыми годами, а третья находится на окраине галактики, примерно в 5500 световых годах от центра.
Все 3 объекта активно поглощают окружающее вещество из аккреционных дисков. Их обнаружили по широким спектральным линиям Hα — излучению водорода, атомы которого движутся с очень высокой скоростью в сильном гравитационном поле чёрных дыр.
Центральная часть галактики дала сложный профиль спектральных линий, который лучше всего объясняется присутствием двух близких источников. Обычная спектроскопия не позволила бы разделить их, поэтому команда использовала NIRSpec-IFU — спектрограф космического телескопа «Джеймс Уэбб», способный получать спектр сразу множества отдельных участков. С помощью спектроастрометрии (метода, определяющего положение источника по небольшим пространственным смещениям спектральных линий) астрономы смогли разделить 2 центральные области, хотя сами чёрные дыры не наблюдались как 2 отдельных точечных объекта. Третья широкая область излучения Hα была обнаружена значительно дальше от центра.
Оценка масс дала примерно 80 млн, 600 тыс. и 2 млн масс Солнца соответственно. При этом наиболее массивная чёрная дыра поглощает вещество медленнее, чем соседняя, масса которой составляет около 600 тыс. солнечных масс. Последняя, напротив, активно набирает массу и, согласно расчётам, даже превышает предельный темп аккреции, задаваемый пределом Эддингтона — максимальной скоростью устойчивого роста чёрной дыры, при которой давление излучения от падающего вещества не препятствует дальнейшему притоку газа.
Общая масса звёзд в J0148-4214 оценивается примерно в 1,3 млрд масс Солнца, поэтому массы обнаруженных чёрных дыр составляют заметную долю массы всей звёздной компоненты галактики.
Система даёт редкое свидетельство того, как могли формироваться массивные чёрные дыры в ранней Вселенной. Согласно моделям эволюции галактик, молодые галактики часто сближались и сливались, и их центральные чёрные дыры в результате взаимодействий также могли сближаться и объединяться. В J0148-4214 две центральные чёрные дыры уже находятся достаточно близко и могут слиться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. Третья чёрная дыра может быть остатком предыдущего слияния, смещённым от центра «гравитационной отдачей». Если она действительно продолжает сближаться с центром, то в дальнейшем вся система может пережить ещё одно слияние.
Авторы отмечают, что обнаружение такой тройной системы поддерживает предположение о распространённости множественных массивных чёрных дыр в ранних галактиках. При этом ключевым оказался именно пространственно разрешённый анализ NIRSpec-IFU: без него в спектре J0148-4214, вероятно, удалось бы обнаружить только одну чёрную дыру. Более детальные наблюдения позволят уточнить динамику системы и природу третьего объекта.
