Астрономия

Астрономы повторно изучили одну из «маленьких красных точек», открытых телескопом «Джеймс Уэбб». Они обнаружили, что центральный объект этой небольшой и очень древней галактики — черная дыра в 50 миллионов масс солнца. При этом остальная материя в окружающей ее галактике по массе куда меньше. Все это указывает на невозможность формирования подобной дыры из звезд: ей пришлось возникнуть по какому-то совсем иному механизму, несовместимому со стандартной космологической моделью.

В последние годы космический ИК-телескоп «Джеймс Уэбб» открыл ряд объектов, которые, как Naked Science уже писал, не очень укладываются в стандартную космологию. Среди них — черные дыры значительных масс древнее 13 миллиардов лет. В стандартной космологической модели все черные дыры формируются из звезд и при рождении имеют массу порядка нескольких солнечных.

Сверхмассивные черные дыры, с массой в миллионы солнечных, могут образоваться лишь после множества слияний обычных ЧД между собой или поглощения ими газа и пыли галактик. Однако сами галактики в первый миллиард лет после образования Вселенной не очень богаты газом и пылью, а слияния ЧД между собой протекают с умеренной частотой (ведь радиус гравитационного захвата обычной черной дыры намного меньше, чем у Солнца).

Естественно, такие открытия вызвали скептицизм значительной части научного сообщества. Отдельные исследователи утверждали, что массы черных дыр из первого миллиарда лет Вселенной определили с ошибкой до ста раз, то есть их масса настолько меньше, что они могли бы сформироваться и в стандартной космологической модели.

Теперь группа ученых подвергла повторному анализу одну из таких черных дыр, в активном галактическом ядре Abell 2744-QSO1. Наши телескопы видят его таким, каким оно было 13 миллиардов лет назад. Свою работу исследователи опубликовали на сервере препринтов Корнеллского университета.

Они показали, что масса черной дыры в этом активном галактическом ядре в 50 миллионов раз больше Солнца. Кроме того, остальная масса этой галактики оказалась меньше, чем у черной дыры в ее центре. Из-за этого исследователи назвали ее «голой» (лишенной нормального звездного окружения). Это само по себе очень странно, поскольку обычно черная дыра может поглотить лишь небольшую часть массы своей галактики. Например, в нашей галактике, массой более ста миллиардов Солнц, самая массивная черная дыра имеет массу лишь в несколько миллионов солнечных (пропорция не выше, чем один к нескольким десяткам тысяч). А в Abell 2744-QSO1 пропорция получилась выше, чем один к одному.

Более того, спектральные линии вещества из Abell 2744-QSO1 показали «примитивность» местной галактики: там есть водород и гелий, но практически нет тяжелых элементов. А это значит, что там не было и большого числа сверхновых, в которых нарабатываются такие элементы. Черные дыры рождаются именно из сверхновых — то есть образование местной сверхмассивной ЧД из черных дыр звездных масс в такой ситуации должно быть исключительно сложным.

Авторы работы называют дыру из Abell 2744-QSO1 кандидатом в так называемые первичные черные дыры. Так принято называть гипотетические объекты, которые образовались не при взрыве сверхновой из обычной звезды, а из прямого схлопывания сверхплотного вещества в самую раннюю эпоху развития Вселенной, менее чем через секунду после Большого взрыва.

У этой концепции, впервые предложенной Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым в 1966 году, есть и слабые места. Для их формирования во Вселенной практически в момент Большого взрыва необходимы серьезные неоднородности по плотности. Чтобы они возникли, нужны какие-то физические механизмы, по которым пока никому не удалось представить убедительных и не вызывающих постоянные споры расчетов.

Есть и иное объяснение наличия сверхмассивных черных дыр в первый миллиард лет жизни Вселенной: реликтовые черные дыры. В так называемой космологии отскока Вселенная неоднократно проходит через циклы расширения после Большого взрыва до сжатия и следующего взрыва. В одной из таких космологий черные дыры из прошлого цикла выживают в период максимального сжатия пространства-времени и переходят в следующий цикл.