Астрономы обнаружили объект, который не укладывается в привычные представления о том, как рождаются сверхмассивные чёрные дыры. Он выглядит как символ бесконечности и скрывает в себе источник мощного излучения там, где его никто не ожидал увидеть. Находка заставила исследователей заново пересмотреть сценарии формирования самых загадочных объектов Вселенной. Об этом сообщает Earth.
"Галактика Бесконечности" и неожиданная находка
Большинство сверхмассивных чёрных дыр располагаются строго в центрах галактик. Они растут, поглощая газ и пыль, которые при падении разогреваются и начинают ярко светиться. Однако данные космического телескопа "Джеймс Уэбб", полученные в рамках проекта COSMOS-Web, выявили странную систему, нарушающую это правило.
Объект получил неофициальное название "Галактика Бесконечности". На инфракрасных снимках видно две массивные красноватые "выпуклости" с кольцами звёзд вокруг них. Они разделены расстоянием около 10 килопарсеков, а между ними — область интенсивного излучения, не совпадающая ни с одним из галактических ядер, что резко контрастирует с привычной картиной эволюции галактик во Вселенной.
Где должна быть чёрная дыра — и где она оказалась
Команда под руководством Питера ван Доккума из Йельского университета и Габриэля Браммера из Копенгагенского университета сопоставила данные сразу нескольких обсерваторий. В ход пошли спектры телескопа Keck, радионаблюдения Very Large Array и рентгеновские данные обсерватории Chandra.
Спектроскопия выявила яркие линии сильно ионизированных атомов — характерный признак активного ядра галактики. Радио- и рентгеновское излучение подтвердили наличие мощного источника энергии, который невозможно объяснить обычным скоплением звёзд.
Самое удивительное заключалось в том, что все сигналы совпали по положению — и находились не в одном из двух ядер, а строго между ними.
"Самым большим сюрпризом стало то, что чёрная дыра находится не в одном из ядер, а посередине. Мы буквально спросили себя: как это вообще возможно?" — отметил Питер ван Доккум.
Газ, свет и ключ к разгадке
Один из фильтров "Уэбба" позволил зафиксировать свечение ионизированного газа — прежде всего водорода, а также линий азота и серы. После удаления фонового света звёзд учёные получили карту, на которой видно протяжённое облако газа между двумя галактическими выпуклостями.
Эквивалентная ширина этих линий оказалась необычно высокой — до тысяч ангстрем. Это означает, что газа много, а звёздного света, наоборот, крайне мало. Такой дисбаланс плохо сочетается с классическими моделями галактик, но хорошо вписывается в сценарий активного формирования чёрной дыры, сопоставимый с тем, как ранее обсуждался механизм прямого коллапса чёрных дыр.
Возможное рождение сверхмассивной чёрной дыры
Исследователи считают, что система возникла после почти лобового столкновения двух дисковых галактик. В таких случаях формируются кольцевые структуры, а газ в зоне удара может сильно сжиматься и становиться турбулентным.
В результате плотное облако газа могло коллапсировать под действием собственной гравитации, минуя стадию активного звездообразования. Такой механизм известен как "прямой коллапс" и давно обсуждается теоретиками, но до сих пор не имел убедительных наблюдательных подтверждений.
"Мы считаем, что наблюдаем рождение сверхмассивной чёрной дыры — событие, которого раньше никто не видел напрямую", — подчеркнул ван Доккум.
Почему другие версии не подошли
Авторы рассмотрели и альтернативные объяснения. Среди них — третья тусклая галактика, выброшенная после слияния чёрная дыра или объект, "сорванный" с меньшей системы. Однако ни одна из этих гипотез не объясняет экстремальную яркость газовых линий и отсутствие заметного звёздного населения в центральной области.
По расчётам команды, столкновение галактик произошло около 50 миллионов лет назад. За это время чёрная дыра могла вырасти с сотен тысяч до примерно миллиона масс Солнца при интенсивном поглощении газа.
Сравнение: классические чёрные дыры и прямой коллапс
Классическая сверхмассивная чёрная дыра формируется в центре галактики и растёт постепенно вместе с ней. В сценарии прямого коллапса сначала появляется плотное газовое ядро, которое почти сразу превращается в чёрную дыру, а звёзды формируются уже позже или в меньшем количестве. "Галактика Бесконечности" больше соответствует второму варианту.
Плюсы и минусы открытия для науки
Это открытие даёт редкий шанс проверить теории прямого коллапса на практике и понять, как быстро могут формироваться сверхмассивные чёрные дыры.
С другой стороны, объект уникален, и без дополнительных наблюдений сложно сказать, насколько он типичен для ранней Вселенной.
Популярные вопросы о новом типе чёрных дыр
Почему эта чёрная дыра считается необычной?
Она находится не в центре галактики и, вероятно, сформировалась напрямую из газа.
Что такое прямой коллапс?
Это сценарий, при котором плотное газовое облако сразу превращается в чёрную дыру, минуя стадию активного звездообразования.
Может ли подобное открытие изменить астрофизику?
Да, оно помогает объяснить, как сверхмассивные чёрные дыры могли появиться очень рано в истории Вселенной.