Эволюция пошла не по плану: сверхмассивная чёрная дыра возникла раньше, чем должны были появиться её звёзды

Астрономы получили новый повод пересмотреть привычную картину эволюции Вселенной. В данных телескопа "Джеймс Уэбб" обнаружился объект, который выглядит слишком "взрослым" для своего возраста. Речь идёт о сверхмассивной чёрной дыре, появившейся почти сразу после рождения космоса. Об этом сообщает New-Science.ru.

Чёрная дыра, которая появилась слишком рано

Открытие связано с галактикой Abell 2744-QSO1, существовавшей всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Для сравнения: по меркам космологии это очень ранний этап, когда первые галактики только начинали набирать массу, а звёздные системы ещё формировались. Однако в центре этой молодой галактики уже находится сверхмассивная чёрная дыра, масса которой оценивается примерно в 50 миллионов масс Солнца.

Главная странность в том, что "хозяйка" этой чёрной дыры — сама галактика — выглядит бедной на звёзды. Наблюдения показывают: звёздной массы вокруг значительно меньше, чем ожидалось бы для такой гигантской центральной чёрной дыры. Это противоречит базовой схеме, где сначала накапливаются звёзды и газ, затем рождаются чёрные дыры из остатков массивных звёзд, а уже потом они постепенно разрастаются, поглощая вещество.

Почему стандартная модель даёт сбой

В обычных сценариях сверхмассивные чёрные дыры должны "вырастать" медленно: сначала появляется относительно небольшая "затравка", затем она питается газом и сливается с другими объектами. Но в случае QSO1 времени на такой рост было слишком мало. Чтобы добиться подобной массы за столь короткий срок, чёрной дыре пришлось бы поглощать вещество почти непрерывно и в крайне благоприятных условиях, что трудно согласовать с тем, насколько скромной выглядит сама галактика.

Именно это несоответствие заставило учёных искать иной механизм появления столь массивного объекта, который мог бы объяснить, почему чёрная дыра оказалась "переразвитой" по сравнению со своей звёздной средой.

Версия о первичных чёрных дырах

Международная группа исследователей под руководством Боюаня Лю из Кембриджского университета обратилась к гипотезе, предложенной ещё в 1970-х годах Стивеном Хокингом и Бернардом Карром. Она предполагает существование первичных чёрных дыр, которые могли возникать не из звёзд, а напрямую — из экстремальных перепадов плотности материи в первые мгновения после Большого взрыва.

Согласно этой идее, большинство подобных объектов должно быть очень малым, но небольшая доля могла изначально иметь достаточно большую массу, чтобы выжить и затем резко ускорить рост. Учёные проверили, мог ли такой сценарий подойти для QSO1.

Что показали симуляции и почему это важно

Команда провела детальные компьютерные расчёты, где моделировались газовые потоки вокруг первоначально массивной "затравки" первичной чёрной дыры, формирование звёзд рядом и подпитка чёрной дыры веществом от взрывов этих звёзд. Результаты оказались неожиданно близки к наблюдениям JWST: удалось воспроизвести и крупную массу чёрной дыры, и малое число звёзд, и особенности химического состава галактики.

Авторы подчёркивают: это не доказательство первичного происхождения объекта, но сильный аргумент в пользу того, что такая версия объясняет данные лучше, чем стандартные теории. Чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть гипотезу, нужны новые наблюдения других похожих систем с помощью JWST, особенно в эпоху, когда Вселенная начала нагреваться перед рождением первых звёзд.

Вопросов, впрочем, остаётся немало: какие именно условия могли породить первичные чёрные дыры, почему они оказались столь массивными и насколько часто такие объекты могли появляться. Но уже сейчас ясно: ранняя Вселенная могла быть куда более "эффективной" в создании гигантов, чем считалось раньше, и похожие случаи уже обсуждаются на примере объектов вроде чёрной дыры массой в 100 млн солнц.