Что, если черные дыры старше звезд? Открытие, которое переворачивает всю космическую историю

У астрономов появился новый повод пересмотреть привычные представления о том, как формировались гигантские чёрные дыры в ранней Вселенной. Космический телескоп "Джеймс Уэбб" заметил объект, который выглядит как сверхмассивная чёрная дыра — но вокруг неё почти нет звёзд. Такая картина плохо вписывается в стандартные сценарии, где сначала рождаются звёзды и галактики, а уже затем "вырастают" их центральные чёрные дыры. Об этом сообщает New Scientist.

Странная находка в древней Вселенной

В августе Боюань Лю из Кембриджского университета и его коллеги обратили внимание на необычную галактику, получившую название Abell 2744-QSO1. Её возраст оценивают примерно в 13 миллиардов лет — то есть мы видим её почти на заре космической истории. Наблюдения JWST показали: в этом объекте есть чёрная дыра массой около 50 миллионов масс Солнца, но при этом следов звёздного населения там почти не обнаружено.

Это выглядит парадоксально, потому что в классической картине эволюции галактик звёзды появляются раньше или формируются параллельно с ростом чёрной дыры.

"Это загадка, потому что традиционная теория гласит, что сначала образуются звезды, или вместе с черными дырами", — говорит Боюань Лю из Кембриджского университета.

Версия о первичной чёрной дыре

Чтобы объяснить странность QSO1, исследователи обратились к гипотезе о первичных чёрных дырах. Эти объекты не обязаны возникать из звёзд — их могли "сжать" флуктуации плотности материи почти сразу после Большого взрыва. Такую идею ещё в 1974 году предложили Стивен Хокинг и Бернард Карр.

Считается, что большинство первичных чёрных дыр должны были испариться за счёт излучения Хокинга задолго до появления современных телескопов. Но теоретически некоторые могли выжить — и, если вокруг оказалось достаточно газа, постепенно набрать массу, превратившись в крупные чёрные дыры. Именно такой сценарий команда Лю сначала проверила с помощью простых расчётов, а затем перешла к более детальному моделированию.

Что показало моделирование

В новых моделях учёные попытались воспроизвести ранний рост небольшой первичной чёрной дыры в первые сотни миллионов лет существования Вселенной. Они учитывали движение газа, его падение на чёрную дыру, а также влияние звёзд, которые могли возникать рядом, быстро эволюционировать и обогащать среду тяжёлыми элементами.

По словам авторов, рассчитанные параметры — итоговая масса чёрной дыры и признаки химического обогащения — совпали с тем, что наблюдается у QSO1. Это не означает, что первичная природа доказана, но делает гипотезу заметно сильнее.

"Это не решающий результат, но это интересная и в некотором смысле важная возможность", — говорит Лю.

Почему остаются сомнения

Не все вопросы закрыты. Роберто Майолино из Кембриджского университета, участвовавший в первоначальном открытии, считает, что новая интерпретация выглядит многообещающе — особенно потому, что она объясняет сразу несколько свойств QSO1.

"Тот факт, что им удалось сопоставить свойства QSO1 как по массе черной дыры, так и по звездной массе и химическому обогащению, очень интересен и обнадеживает", — говорит Роберто Майолино из Кембриджского университета.

При этом стандартные модели первичных чёрных дыр обычно дают верхнюю границу порядка миллиона солнечных масс — а здесь объект в десятки раз массивнее. Майолино допускает, что такие чёрные дыры могли быть сильно "сгруппированы", быстро сливаться и ускоренно расти. Но есть и ещё одна сложность: для запуска коллапса в первичную чёрную дыру, по некоторым сценариям, нужен внешний источник мощного излучения, например взрыв звезды поблизости. В случае QSO1 таких источников пока не видно.

В итоге Abell 2744-QSO1 остаётся одним из самых интригующих объектов, найденных JWST: он заставляет учёных вновь обсуждать самые ранние эпохи Вселенной и возможные "нестандартные" пути рождения сверхмассивной чёрной дыры в космосе. Если гипотеза подтвердится новыми наблюдениями, это станет редким шансом увидеть следы процессов, начавшихся ещё до появления первых звёздных систем.