Джеймс Уэбб обнаружил черную дыру, которая появилась раньше, чем ее галактика

Международная группа астрофизиков под руководством Роберто Майолино и Франческо Д’Эудженио с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб обнаружила убедительные доказательства того, что некоторые сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной появились раньше самих галактик. Ученые проанализировали объект Abell2744-QSO1, существовавший всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты двух связанных исследований были опубликованы в журналах Nature и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Долгое время считалось, что черные дыры являются вторичными образованиями: сначала внутри галактики рождаются и умирают крупные звезды, коллапсируя в черные дыры звездной массы, которые затем постепенно сливаются и наращивают массу. Однако эта модель столкнулась с серьезной проблемой, когда в ранней Вселенной были обнаружены черные дыры массой в миллионы и миллиарды солнц. У них просто не было достаточно времени, чтобы вырасти из крошечных «зародышей» в результате традиционных звездных процессов. Новые наблюдения переворачивают это представление с ног на голову.

Объектом изучения стала «маленькая красная точка» под кодовым названием QSO1. Ее уникальность не только в огромном возрасте, но и в том, что гравитационное поле скопления галактик Abell 2744 (скопление Пандоры) действует как гигантская линза, увеличивая изображение QSO1 и создавая его копии в трех разных точках неба. Это позволило разглядеть детали, недоступные для обычных наблюдений. Исследователи использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб, чтобы отследить движение газа вокруг предполагаемой черной дыры.

Главным прорывом стало обнаружение того, что водородный газ вращается вокруг центра QSO1 по идеальной кеплеровской траектории. Это означает, что его движение подчиняется тем же простым законам гравитации, что и движение планет вокруг Солнца. Такой тип вращения возможен только в том случае, если подавляющая часть массы объекта сконцентрирована в одной центральной точке, а не размазана по всему объему, как в случае с множеством звезд. С помощью законов гравитации ученые впервые смогли напрямую, а не косвенно, измерить массу черной дыры в столь далекой Вселенной.

Выяснилось, что масса черной дыры в QSO1 составляет около 50 миллионов масс Солнца. Это само по себе впечатляет, но еще больше поражает соотношение. Эта черная дыра составляет минимум две трети от всей массы системы QSO1. Для сравнения, в современных галактиках сверхмассивные черные дыры в ядрах редко превышают одну десятую процента от массы своей галактики-хозяина.

Более того, анализ химического состава показал, что газ вокруг черной дыры почти полностью состоит из водорода и гелия. Содержание тяжелых элементов (металлов) там менее 0,5% от солнечного, что делает эту среду одной из самых нетронутых и «бедных звездами» из всех когда-либо измеренных.

Это неопровержимо доказывает, что черная дыра не могла сформироваться в результате последовательного звездного коллапса: в богатой звездами среде обязательно было бы много тяжелых элементов, которых здесь нет. И уж точно она не могла вырасти до таких размеров, питаясь от крупной галактики, потому что самой галактики-хозяина в привычном понимании просто не существует.

В результате команда ученых пришла к выводу, что QSO1 представляет собой прямое доказательство существования «первичных» черных дыр или черных дыр «прямого коллапса», которые родились огромными в самом начале космической истории, возможно, из гигантских газовых облаков или даже в первую секунду после Большого взрыва. Это открытие меняет классическую парадигму: в некоторых случаях черные дыры служат «семенами», вокруг которых лишь впоследствии формируются галактики, а не наоборот.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях