Джеймс Уэбб зафиксировал в ранней Вселенной сверхмассивную черную дыру

Астрономы, изучающие раннюю Вселенную, обычно ожидают увидеть небольшие галактики, молодые звезды и черные дыры, находящиеся на начальных этапах роста. Однако, недавние наблюдения с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" (JWST) выявили необычный объект - гигантскую черную дыру, существующую практически в одиночестве, в окружении крайне малого количества звезд.

Как передает Day.Az со ссылкой на IXBT, этот объект обнаружен в галактике Abell 2744-QSO1, существовавшей всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Масса черной дыры уже тогда составляла около 50 миллионов масс Солнца. Красное смещение Abell 2744-QSO1 равно 6.82, что соответствует эпохе реионизации - периоду в истории Вселенной, когда нейтральный водород начал ионизироваться под воздействием излучения первых звезд и галактик. Существование подобного объекта в столь раннюю эпоху ставит под сомнение базовые представления о формировании черных дыр и предполагает возможность, что некоторые из них могли образоваться ещё до появления первых звезд.

Согласно стандартной астрофизической модели, черные дыры и звезды тесно связаны. Звёзды формируются из коллапсирующих газовых облаков, а черные дыры появляются значительно позже, когда самые массивные звезды исчерпывают свое топливо. Со временем черные дыры растут, поглощая газ и сливаясь с другими черными дырами. Этот процесс требует времени, поэтому астрономам трудно объяснить появление сверхмассивных черных дыр в столь ранней истории Вселенной.

Задача осложняется тем, что галактика QSO1 содержит очень мало звездной массы, - недостаточно для объяснения присутствия такой большой черной дыры. Авторы работы считают, что это создает фундаментальное противоречие: черная дыра, по-видимому, достигла больших размеров, не сформировав вокруг себя полноценную галактику.

Для объяснения этого феномена ученые обратились к гипотезе о первичных черных дырах (primordial black holes, PBHs), предложенной ещё в 1970-х годах Стивеном Хокингом и Бернардом Карром. В отличие от черных дыр, образующихся из звезд, первичные черные дыры могли возникнуть непосредственно из экстремальных колебаний плотности в ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва. Большинство таких черных дыр, если они и образовались, должны были быть крошечными и недолговечными.

Группа Боюаня Лю, научного сотрудника Кембриджского университета, провела новые, более сложные симуляции, чтобы проверить, могли ли некоторые из первичных черных дыр "выжить" и быстро расти при определенных условиях. В симуляциях учитывалось поведение газа вокруг первичной черной дыры, формирование звезд поблизости и поступление вещества от звездных взрывов обратно в черную дыру. Результаты симуляций хорошо согласуются с данными JWST, полученными для галактики QSO1, не только по конечной массе черной дыры, но и по малому количеству звезд и химическому составу (типичные симуляции образования первичных черных дыр редко приводят к образованию объектов с массой более миллиона солнечных масс, что значительно меньше массы черной дыры в QSO1).

Полученные результаты не доказывают, что черная дыра в QSO1 образовалась как первичная черная дыра, но показывают, что такое происхождение согласуется с наблюдениями. В дальнейшем ученые планируют усовершенствовать свои симуляции и сравнить их с открытиями JWST.

Обнаружение большего количества галактик, подобных QSO1, может стать важным доказательством того, что некоторые из крупнейших черных дыр во Вселенной являются не конечным продуктом эволюции звезд, а возникли на заре Вселенной. Однако, для подтверждения этой гипотезы необходимо решить ряд вопросов, например, объяснить, как первичные черные дыры могли вырасти до таких размеров.