За допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб» астрономи виявили надмасивну чорну діру, яка існувала вже за 700 мільйонів років після Великого вибуху. Вона має бідне гало з водню і гелію, без важких елементів, що вказує на відсутність зір і їхніх залишків навколо такої діри. Такі властивості можуть свідчити про те, що ця чорна діра є первісною та утворилася не за традиційними механізмами після смерті зорі. Дві статті з результатами опублікували на сайті препринтів arXiv (1, 2).
Чим первинні чорні діри відрізняються від звичайних?
Одним із ключових питань космології залишається походження найдавніших чорних дір. Класичні моделі передбачають, що чорні діри виникають після колапсу перших масивних зір, тоді як галактики з’являються раніше й забезпечують матеріал для їхнього зростання.
Водночас існує альтернативна гіпотеза про первісні чорні діри, що могли утворитися вже у перші частки секунди після Великого вибуху внаслідок колапсу надщільних ділянок первісного космосу. І хоча ця ідея була висунута Стівеном Гокінгом ще у 70-х роках минулого століття, підтверджень її дотепер не існувало. Щоб перевірити цю гіпотезу, міжнародна команда астрономів на чолі з фахівцями з Інституту космології імені Кавлі використала інфрачервоні спостереження космічного телескопа «Джеймс Вебб», який досліджує ранній Всесвіт.
Чому досліджена чорна діра суперечить відомим моделям їх виникнення?
Науковці досліджували об’єкти з великим червоним зсувом — явищем, коли світло від далеких, і відповідно давніх, об'єктів розтягується через розширення Всесвіту й стає червонішим. Серед них виявили об’єкт QSO1, компактний надяскравий кандидат, світло від якого йшло до нас понад 13 мільярдів років, тобто він існував, коли Всесвіту було лише близько 700 мільйонів років. Для визначення характеристик чорної діри науковці провели детальний спектральний аналіз, з якого дізналися, з якою швидкістю навколо неї обертається газ і пил і якою є маса самої чорної діри.
Як виявилося, вона приблизно в 50 мільйонів разів важча за наше Сонце. При цьому маса гало навколо такої надмасивної чорної діри не перевищувала половини цієї величини. Цим вона відрізняється від сучасних чорних дір у центрі галактик, які зазвичай у тисячу разів легші за своє оточення. Хімічний склад навколишнього матеріалу чорної діри виявився примітивним: лише водень і гелій без важких елементів, які могли б утворитися в зорях. Це означає, що активного зореутворення біля QSO1 не відбувалося. Такі характеристики не узгоджуються зі стандартними моделями росту чорних дір шляхом поглинання зір та газу.
Що це відкриття змінює в нашому розумінні раннього Всесвіту?
Відкриття настільки масивного об’єкта в настільки ранню епоху є серйозним аргументом на користь гіпотези про первісне походження чорних дір. Раніше виявити подібні об’єкти було неможливо через технічні обмеження, бо телескопи попереднього покоління не мали достатньої чутливості, аби зафіксувати слабкі сигнали на відстані понад 13 мільярдів років. Однак тепер їх дослідження розкаже більше про те, які явища відбувалися в ранньому Всесвіті.
Які є незвичні сценарії виникнення чорних дір
🪐 Нещодавно науковці запропонували гіпотезу, згідно з якою темна матерія може накопичуватися в ядрах великих екзопланет, перетворюючи їх на чорні діри.
♾️ У новоутвореній галактиці Нескінченності науковці відшукали надмасивну чорну діру, яка виникла через сильне стиснення газової хмари, а не злиття інших двох чорних дір.
💥 У галактиці Андромеди астрономи всього вдруге в історії зафіксували те, як зірка перетворилася на чорну діру без вибуху наднової.
⭐️ Щоб пояснити те, чому досі не вдавалося зафіксувати первісні чорні діри, науковці запропонували ідею, що ці чорні діри ховаються всередині зір.