Найдена черная дыра, которая могла возникнуть в первые мгновения после Большого взрыва
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил древнюю и почти «голую» черную дыру, которая, по мнению астрономов, могла возникнуть в первые мгновения после Большого взрыва.
Если подтвердится, что это так называемая первичная черная дыра — теоретический класс объектов, которые предсказал Стивен Хокинг, но которые никогда не наблюдались, — это открытие перевернет устоявшиеся представления о Вселенной.
Принято считать, что сначала образовались звезды и галактики, а черные дыры появились лишь тогда, когда у первых звезд закончилось топливо и они коллапсировали под действием собственной гравитации.
Однако последние наблюдения космического телескопа, которые выявили огромную черную дыру со скудным ореолом окружающей материи, существующей со времен зарождения космоса, кажутся несовместимыми с такой последовательностью событий.
«Эта черная дыра почти голая. Это действительно бросает вызов теориям. Похоже, она образовалась без предшествовавшей ей галактики», — заявил профессор Роберто Майолино, космолог из Кембриджского университета.
Согласно гипотезе, первичные черные дыры образовались в первую долю секунды после Большого взрыва в результате коллапса более плотных и горячих областей. Они были вплетены в ткань пространства почти с самого начала и выступали в качестве гравитационных очагов, вокруг которых начали скапливаться пыль и газ, формируя первые галактики. Хокинг выдвинул эту теорию в 1970-х годах, но в отсутствие наблюдательных доказательств в последующие десятилетия она стала рассматриваться как спекулятивная или «экзотическая».
Последние наблюдения сосредоточены на «маленькой красной точке» Abell2744-QSO1, или просто QSO1, которая существовала более 13 миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет. Это одна из множества подобных точек, обнаруженных «Джеймсом Уэббом». Они настолько красные, компактные и яркие, что навели ученых на подозрения, что на самом деле это древние сверхмассивные черные дыры.
Поскольку обычно предполагается, что черные дыры начинаются с малых размеров и со временем растут, поглощая звезды, астрофизики озадачены тем, как эти черные дыры стали такими большими так рано в истории Вселенной.
Несмотря на огромное расстояние до QSO1, ученые смогли отследить орбитальную скорость вращающегося ореола газа и пыли. Результаты измерений опубликованы на сервере препринтов arXiv. Они показали, что центральная черная дыра тяжелее Солнца в 50 миллионов раз, а общая масса окружающего материала не превышает половины от этой впечатляющей величины.
«Это разительно отличается от того, что мы наблюдаем в нашей локальной Вселенной, где черные дыры в центрах галактик [таких как Млечный Путь] примерно в тысячу раз менее массивны, чем их галактики-хозяева», — заметил Майолино.
Отдельным анализом установлено, что светящийся материал вокруг черной дыры является химически первозданным, состоящим почти исключительно из водорода и гелия — двух элементов, оставшихся после Большого взрыва. Отсутствие более тяжелых элементов, которые образуются в звездах, добавляет доказательств тому, что в окрестностях черной дыры нет значительного звездообразования.
«Эти результаты меняют парадигму, — подчеркнул профессор. — Здесь мы наблюдаем образование массивной черной дыры практически без галактики, насколько можно судить по имеющимся данным».
Другой возможный сценарий — коллапс огромного облака газа и пыли в ранней Вселенной непосредственно в черную дыру, а не фрагментация и образование звезд. Однако по расчетам, для «прямого коллапса» нужны очень специфические условия окружающей среды, которые не очевидны в наблюдениях, что заставляет ученых склоняться к сценарию с первичной черной дырой.
«Подтвержденное первичное происхождение черных дыр имело бы глубокие последствия для фундаментальных законов физики, — уверен профессор Эндрю Понтцен, космолог из Даремского университета. — Авторы исследования приводят новые наблюдения "Джеймса Уэбба" в качестве аргумента в пользу первичного происхождения, но это косвенный аргумент, и потребуется время, чтобы расставить точки над "i". Через десятилетие следующее поколение детекторов гравитационных волн, идеально подходящих для обнаружения черных дыр по всей Вселенной, разрешит этот вопрос».