Красная точка на снимке космического телескопа Джеймса Уэбба — галактика Bz5.3, свет которой шёл до нас 12.5 миллиардов лет. Она лежит за скоплением Пуля, чьё гравитационное поле сработало как линза и усилило её блеск в 3.7 раза. Этого хватило, чтобы спектрограф NIRSpec разложил тусклый свет на линии кислорода, кальция и железа — и впервые на таком расстоянии проявилась внутренняя структура газового кокона вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Кокон этот слоистый, как луковица: плотные облака газа кружат возле чёрной дыры, и каждый слой светится по-своему.
Самый яркий слой — широкая эмиссионная область (BLR), плотный газовый диск радиусом меньше парсека. Здесь рождаются широкие спектральные линии, по которым астрономы узнают активные ядра галактик. Но до сих пор детально разглядеть этот диск удавалось лишь у близких квазаров. Bz5.3 — первый случай, когда классические диагностики по линиям низкой ионизации (OI, CaII, FeII) применили к объекту с красным смещением 5.3. В спектре нашлись не только ожидаемые линии, но и «горб» на 1304 Å — смесь кислорода и кремния, которую раньше на таком расстоянии не видели. Ширины линий выдали расслоение: кислород и кальций светятся дальше от чёрной дыры, чем водородные линии, чьи скорости достигают 4600 км/с. Газ в этом коконе оказался запылённым — пыль поглощает часть излучения, и отношение потоков OI λ1304/λ8446 упало до 0.1–0.3 вместо ожидаемой единицы.
Сравнение с фотоионизационными моделями дало плотность газа около $10^9$.5 см^-3 и параметр ионизации log(U)≈−3.5…−4. Это значит, что в BLR ранней Вселенной газ был плотнее и холоднее, чем в современных квазарах. Раньше было неизвестно, можно ли вообще применять такие диагностики к далёким объектам; теперь ясно — можно. Метод сработал благодаря гравитационному линзированию, которое превратило слабую точку в источник, доступный для детального анализа. Сегодня этот же приём применим к другим линзированным «красным точкам», чтобы собрать статистику по BLR в молодой Вселенной. А локальные аналоги таких объектов на z≈0.1–0.2 дают лабораторию для проверки тех же методов вблизи.
В перспективе спектры более высокого разрешения разделят вклад кислорода и кремния в «горбе» на 1304 Å и точнее измерят ширины линий железа. Тогда слоистая структура кокона проступит ещё чётче — как если бы луковицу начали резать тоньше. Физика аккреции в ранней Вселенной перестанет быть загадкой, а линии кислорода и железа расскажут о химической эволюции галактик. Через миллиард лет после Большого взрыва чёрные дыры уже окружали себя слоистыми газовыми коконами — и теперь мы можем заглянуть внутрь.
Галактика Bz5.3 находится за скоплением Пуля — одним из самых горячих известных скоплений галактик, где сталкиваются два гигантских облака газа. Гравитационное линзирование этого скопления усилило свет далёкой галактики в 3.7 раза, что и позволило разглядеть слабые линии кислорода и кальция.
Идея заглянуть в самое сердце квазара и увидеть слоистую структуру газа перекликается с романом Станислава Лема «Фиаско», где герои пытаются понять природу загадочной цивилизации, наблюдая лишь излучение от её технологий. Здесь роль «излучения» играют спектральные линии, по которым восстанавливается физика невидимой чёрной дыры.