Астрономи вперше зазнимкували зіткнення двох галактик, під час якого утворилася галактика Нескінченності з надмасивною чорною дірою всередині. Раніше вважали, що під час таких зіткнень центральні чорні діри галактик зливаються з утворенням нової. Однак науковці з’ясували, що саме зіткнення спричинило сильне стиснення газової хмари, яке призвело до народження надмасивної чорної діри. Це свідчить на користь гіпотези про народження чорних дір з хмар стисненого газу, яких було особливо багато в ранньому Всесвіті. Результати опублікували у двох статтях на сайті препринтів arXiv (1, 2).
Які є гіпотези про народження чорних дір?
Хоча надмасивні чорні діри є в центрі майже кожної великої галактики, зокрема Чумацького Шляху, через неможливість прямого спостереження за ними еволюція цих дір не до кінця зрозуміла. Науковці знають, що чорні діри можуть рости внаслідок злиттів одна з одною чи процесів акреції, тобто поглинання довколишньої матерії. Однак це не пояснює появу надзвичайно давніх надмасивних чорних дір, які сформувалися незадовго після Великого Вибуху.
Оскільки вони б не встигли наростити масу, якби утворилися просто від колапсу зірки, однією з гіпотез появи таких дір є колапс гало темної матерії. Як вважають науковці, якщо темна матерія може взаємодіяти сама із собою, то під впливом Великого Вибуху зіткнення її частинок могло б породити чорні діри масою як мільйони Сонць. Іншою гіпотезою є сильне та швидке стиснення звичайної матерії, наприклад газової хмари, що дозволило б чорній дірі одразу набути великої маси. Саме підтвердження другої теорії зафіксували астрономи програми COSMOS-Web, яка використовує спостереження космічного телескопа «Джеймс Вебб».
Як телескоп упіймав момент народження чорної діри?
Дослідники спостерігали за процесом зіткнення двох галактик на відстані 8,3 мільярда світлових років від Землі. Для цього використали не лише «Джеймс Вебб», але й дані з Дуже великого масиву, обсерваторій Кека та «Чандра». Як виявилося, активні центри двох галактик, які містили надмасивні чорні діри, оточені хмарами газу, мали масу близько 100 мільярдів (10¹¹) мас Сонця. Внаслідок їх зіткнення утворилася третя галактика, що мала форму вісімки чи знаку нескінченності, через що астрономи й назвали її галактикою Нескінченності.
У центрі цієї галактики, яка лише формується, науковці знайшли третій активний центр з яскравим світінням. Дослідження випромінювання з цього центру вказало на те, що він містить надмасивну чорну діру. Оскільки інші два активні центри залишилися незміненими, науковці вважають, що ця чорна діра народилася не внаслідок злиття інших двох. Змоделювавши зіткнення галактик, астрофізики встановили, що швидкість їх руху призвела до швидкого стискання, тобто колапсу, газової хмари. Саме це й посприяло народженню надмасивної чорної діри в галактиці Нескінченності.
Як це змінює уявлення про еволюцію чорних дір?
Хоча зіткнення галактик і раніше вважали причиною народження надмасивних чорних дір, астрономи отримали перше спостереження процесу формування такої чорної діри з газової хмари. Попри те, що в сучасному Всесвіті зіткнення галактик, які спричиняють стиснення таких хмар, є рідкісним явищем, у ранньому Всесвіті кількість щільних газових хмар була більшою. Це може пояснити, як надмасивні чорні діри з масою в мільйони чи навіть мільярди мас Сонця сформувалися так швидко після Великого Вибуху.
Однак науковці поки не знають, як сформувалися менші надмасивні чорні діри в центрі двох батьківських галактик, що утворили галактику Нескінченності. Крім того, підтвердження одного механізму формування надмасивних чорних дір не свідчить про те, що вони не можуть також формуватися по-іншому.
Що астрономи ще знають про чорні діри
🕳 Нещодавно науковці зафіксували народження чорної діри масою у 225 Сонць, яку вважають чорною дірою проміжної маси, внаслідок найбільшого злиття двох інших дір.
😶🌫️ Надмасивних чорних дір поблизу нашої Галактики може бути вдвічі більше за попередні оцінки, однак вони ховаються за пиловими хмарами.
⭐️ А крихітні первісні чорні діри, які утворилися на самому початку Всесвіту, можуть ховатися всередині зір, що пояснило б неможливість їх виявлення.