Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил загадочные черные дыры в ранней Вселенной. Что происходит?
Телескоп Джеймса Уэбба заглянул дальше во Вселенную, чем мы когда-либо видели, обнаружив галактику, какой она была всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва.
Взгляд столь далеко в прошлое Вселенной преподнес нам несколько сюрпризов, включая устрашающе огромные черные дыры, которые продолжают появляться, ставя в тупик наши теории о том, как формируются черные дыры.
Сверхмассивные черные дыры, которые мы видим в ближайшей (более поздней) Вселенной, как следует из названия, довольно велики. Космологи хотели бы узнать, как эти сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центре большинства (но не всех) галактик, достигли такого внушительного размера.
Существует ряд теорий, включая слияния черных дыр и их рост за счет поглощения вещества. Но ранние черные дыры кажутся слишком большими, чтобы объяснить их этими идеями, и гораздо больше, чем ожидали космологи по сравнению с окружающими их галактиками.
“В целом мы видим, что черные дыры в молодых галактиках, наблюдаемых телескопом Джеймса Уэбба, примерно в 10-100 раз массивнее, чем предсказывает соотношение масштабов во Вселенной ближайшего окружения”, – сказал Сяохвэй Фан, профессор Аризонского университета и соавтор исследования об этих гигантских черных дырах. “Отношение звездной массы к массе черной дыры в молодых галактиках было гораздо ниже в то далекое время, более десятка миллиардов лет назад, по сравнению с нынешним. Этот результат имеет важные последствия для изучения первого поколения черных дыр”.
Другая идея, которая, возможно, выглядит более правдоподобной в свете недавних наблюдений – это “прямой коллапс” или образование “тяжелого зародыша” черной дыры. Обычно, чтобы образовалась черная дыра звездной массы (в нынешнюю эпоху Вселенной), происходит гравитационный коллапс звезды.
“Черная дыра звездной массы образуется, когда звезда с массой более 20 масс Солнца исчерпывает ядерное топливо в своем ядре и сжимается под действием собственного тяготения”, – объясняет НАСА. “Коллапс вызывает взрыв сверхновой, сбрасывающей внешние слои звезды. Но если сжатое ядро содержит более чем втрое больше массы Солнца, никакая известная сила не может остановить его сжатие до состояния черной дыры”.
В случае с “тяжелыми зародышами” идея заключается в том, что сверхмассивные черные дыры начинались с массой от 10 000 до 100 000 масс Солнца, через прямой гравитационный коллапс гигантских газовых облаков, без промежуточной звездной стадии. Но есть несколько вещей, которые могут и этот сценарий сделать маловероятным. Газовое облако должно сжиматься, не фрагментируясь и не образуя сгустки, хотя астрономы предположили, что этого можно избежать, если облако нагревается близлежащими молодыми звездами в догалактических газовых дисках или если газовое облако движется со сверхзвуковой скоростью в “потоках” ранней Вселенной, позволяя им расти дольше, пока гравитация не станет достаточной для начала коллапса облака в черную дыру-“зародыш”.
Одна команда уже заявила, что наблюдала свидетельства образования прямого коллапса в галактике UHZ1, показав, что черная дыра слишком массивна для окружающей ее галактики и слишком рано появилась для того, чтобы сформироваться путем коллапса звезд и слияний. Но пока еще слишком рано подтверждать существование черных дыр прямого коллапса. Будем надеяться, что дальнейшие наблюдения помогут разгадать тайну формирования современных сверхмассивных черных дыр и выяснить, образовались ли они из легких или тяжелых “зародышей”.
Читайте также: Самые близкие к Земле черные дыры могут находиться внутри звездного скопления Гиады
