Астрономы открыли самую далекую черную дыру

Немыслимо далеко от Земли находится галактика EGSY8p7, существовавшая всего через полмиллиарда лет после Большого взрыва. Впрочем, она примечательна не только своей древностью, но и сверхмассивной черной дырой CEERS 1019 в центре. Во-первых, она древнейшая из всех пока обнаруженных, так как существовала уже через 570 миллионов лет после Большого взрыва. Во-вторых, ее масса лишь в семь миллионов раз превышает солнечную, тогда как масса других черных дыр ранней Вселенной зачастую в миллиард и более раз больше массы нашей звезды.

Огромный размер черных дыр в ранней историей Вселенной часто объясняют тем, что с такого огромного удаления проще всего увидеть именно особенно большие сверхмассивные черные дыры. В этом отношении черная дыра CEERS 1019 скорее напоминает черную дыру Млечного Пути, которая в 4,6 миллиона раз массивнее Солнца. Однако, несмотря на «миниатюрные» размеры, CEERS 1019 сформировалась удивительно быстро после возникновения Вселенной, что создает серьезные теоретические трудности.

Совсем недавно у астрономов бытовало представление, что небольшие черные дыры начали формироваться заметно позже. Дело в том, что скорость поглощения ими материи серьезно ограничена: если обычной материи вокруг будет слишком много, трение ее частиц друг о друга разогреет окрестности черной дыры до уровня, при котором излучение будет «выталкивать» материю в стороны от нее.

С помощью данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» международной команде астрономов, опубликовавшей свои выводы на сервере препринтов arxiv.org, удалось не только выяснить, какие излучения в спектре исходят от черной дыры, а какие — от ее галактики, но и точно определить, что черная дыра поглощает удивительно много газа для ее размеров, а в окружающей ее галактике EGSY8p7 активно идут процессы звездообразования.

Визуально EGSY8p7 выглядит как три ярких сгустка, а не единый круглый диск, поэтому вполне возможно, что эта галактика образовалась в результате слияния трех галактик меньшего размера, которые и обеспечили черную дыру избытком газа — сырья для усиленного звездообразования. Поскольку до сих пор изучение ранней Вселенной оставалось во многом теоретическим, астрономам еще предстоит воспользоваться всеми возможностями «Джеймса Уэбба» для пристального изучения космоса на экстремально далеких расстояниях и заняться точным измерением параметров его объектов.

Возможно, в будущем данные «Джеймса Уэбба» пригодятся и для объяснения того, как формировались ранние черные дыры, а также позволят пересмотреть модели роста и развития этих загадочных космических объектов в первые несколько сотен миллионов лет истории Вселенной.

На сегодня ясно только то, что черные дыры, подобные CEERS 1019, не могли образоваться так, как известные нам черные дыры в близких к Земле областях Вселенной: для этого просто не могло хватить времени. Поэтому есть два основных направления решения загадки «слишком древних» черных дыр.

Первое предполагает, что те образовались из прямого коллапса большого количества протозвезд или небольших «первичных» черных дыр, находившихся близко друг к другу. Проблема такого подхода в том, что для этого нужны нереалистично близкие расстояния между протозвездами либо черными дырами, да и вполне ясных механизмов формирования последних пока никто предложить не смог.

Согласно второму направлению, существование таких невероятно древних крупных черных дыр — свидетельство того, что наша Вселенная возникла не в Большом взрыве. По мнению сторонников этой точки зрения, наша Вселенная — циклическая, претерпевающая сжатия с последующим расширением. Наиболее полная на сегодня теория из такого ряда изложена в вышедшей в 2023 году книге физика Николая Горькавого «Осциллирующая Вселенная».