Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) предоставляет беспрецедентные взгляды на раннюю Вселенную, оспаривая давние предположения о том, как формировались сверхмассивные черные дыры. Эти колоссальные объекты, находящиеся в центрах большинства галактик, десятилетиями озадачивают астрономов, поскольку сложно объяснить, как они так быстро выросли в относительно короткий период времени после Большого Взрыва. Недавние наблюдения, в частности объекта под названием QSO1, еще больше усложняют картину и позволяют предположить, что происхождение некоторых черных дыр может быть гораздо более странным, чем представлялось ранее.
Тайна сверхмассивных черных дыр
С тех пор, как астрономы впервые обнаружили сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, вопрос об их стремительном росте остается постоянной загадкой. Преобладающая теория предполагает, что эти черные дыры формировались в результате коллапса массивных звезд, постепенно увеличиваясь в размерах за счет поглощения окружающего газа, пыли и даже других черных дыр. Однако расчеты показывают, что этот процесс был бы слишком медленным, чтобы объяснить существование гигантов, наблюдаемых на столь раннем этапе существования Вселенной.
QSO1: Одинокая черная дыра в исчезнувшей галактике
Наблюдения JWST были сосредоточены на необычной системе под названием QSO1, расположенной во внутрископковом скоплении Abell 2744 (также известном как скопление Пандоры). Масса скопления действует как “гравитационная линза”, искривляя и усиливая свет от далеких объектов, позволяя астрономам изучать их в деталях. Свет от QSO1, излученный примерно через 700 миллионов лет после Большого Взрыва (сейчас Вселенной около 14 миллиардов лет), выявил поразительное открытие: черная дыра с массой, эквивалентной 50 миллионам солнц.
Что делает QSO1 еще более примечательным, так это отсутствие существенной галактической структуры вокруг него. Марта Волотери, ведущий эксперт по образованию черных дыр в Парижском институте астрофизики, описала ее как “необычную систему”, в которой черная дыра, кажется, “доминирует”, а галактика отсутствует. В отличие от Стрелецкого A*, черной дыры в центре нашей собственной Млечного Пути, масса которой составляет лишь малую долю от общей массы галактики, черная дыра в QSO1 составляет примерно в два раза больше массы всего окружающего газа и звезд.
Появление «маленьких красных точек»
Данные JWST выявили еще одно интригующее явление: многочисленные компактные, красноватые галактики, названные «маленькими красными точками», наблюдаемые в ранней Вселенной (от 500 миллионов до 1,5 миллиарда лет после Большого Взрыва). Эти древние системы потенциально указывают на то, что галактики – или как галактики, так и черные дыры – эволюционировали раньше и с большей плотностью или массой, чем считалось ранее.
Альтернативные сценарии образования черных дыр
Хотя традиционная модель предполагает образование черных дыр в результате коллапса массивных звезд, появились и другие теории, объясняющие стремительный рост этих космических гигантов. Одна из альтернатив предполагает, что некоторые ранние черные дыры образовались в результате прямого коллапса массивных газовых облаков, минуя стадию эволюции звезды. Свидетельства этого сценария были найдены при открытии UHZ-1, который демонстрирует характеристики, совместимые с прямым коллапсом.
Однако природа QSO1 указывает на другой путь. Марта Волотери предполагает такие возможности, как «первобытная черная дыра» – сформировавшаяся непосредственно после Большого Взрыва – или даже черная дыра, образовавшаяся из самодействующейся темной материи. Важно отметить, что черная дыра в QSO1, по-видимому, возникла до окружающего обычного вещества (газа и звезд).
Первобытные черные дыры: реликт ранней Вселенной
Концепция первобытных черных дыр, впервые предложенная в 1967 году, предлагает убедительное объяснение. Теоретики Яков Б. Зельдович и Игорь Д. Новиков предположили, что в ранней Вселенной могли содержаться такие плотные концентрации материи, что они непосредственно коллапсировали в черные дыры. Стивен Хокинг развил эту идею в 1971 году, и с тех пор она стала предметом значительных исследований. Эти первобытные черные дыры получили бы значительную фору в росте и размере, в конечном итоге расположившись в центрах галактик, которые сформировались вокруг них.
«Тот факт, что черная дыра в QSO1 так сильно выросла без какого-либо звездообразования, указывает на случай, в котором она развивалась значительно быстрее, чем галактика», — заявила Волотери.
Переписывание космического повествования
Открытие QSO1 поднимает фундаментальный вопрос: сформировались ли галактики вокруг своих центральных черных дыр, или черные дыры предшествовали своим галактикам-хозяевам? Хотя анализ продолжается и является сложным, существование QSO1 подчеркивает, что то, что когда-то считалось «экзотическими моделями», может быть все более распространенным в ранней Вселенной. Наблюдения JWST, безусловно, продолжат оспаривать существующие теории и менять наше понимание космоса и происхождения структур в нем.
