Они были до Большого взрыва: это переписывает историю Вселенной
- Необъяснимо массивные тела
- В десять миллионов раз больше Солнца
- Существовали до Большого взрыва?
Астрономы обнаружили самую древнюю сверхмассивную черную дыру возрастом более 13 миллиардов лет. Это открытие вновь поднимает вопрос о природе таких объектов. По мнению некоторых ученых, в них, возможно, таится разгадка происхождения Вселенной.
Необъяснимо массивные тела
Известно, что черные дыры звездных масс — в несколько раз «весомее» Солнца — образуются в результате коллапса гигантских звезд, которые в конце эволюции как бы «взрываются внутрь».
Куда сложнее объяснить сверхмассивные черные дыры (СМЧД), чья масса в миллионы, а иногда в миллиарды раз превышает солнечную. Не существует настолько больших звезд, схлопывание которых привело бы к образованию таких объектов.
Черные дыры способны поглощать вещество — газ, плазму — и за счет этого расти. Прежде считалось, что СМЧД набрали массу, «питаясь» звездами. Правда, для этого потребовались бы миллиарды лет. Однако «Хаббл» и другие приборы показали, что сверхмассивные черные дыры возникли примерно в одно время с первыми галактиками.
В ходе нового исследования с помощью мощнейшего в истории телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) удалось обнаружить древнейшего космического «монстра», и это может пролить свет на эволюцию Вселенной и СМЧД.
В десять миллионов раз больше Солнца
Международная команда под руководством астрофизика Ребекки Ларсон из Техасского университета в Остине исследовала галактику CEERS_1019. Это гравитационно связанное скопление звезд, звездной пыли и темной материи обнаружили еще в 2015-м с помощью телескопа «Хаббл». Оно было самым ярким среди подобных объектов той эпохи. Возможности «Джеймса Уэбба» позволили рассмотреть его подробнее.
CEERS_1019 относится к эпохе реионизации Вселенной. Считается, что ранний универсум был непрозрачным, поскольку его заполняли атомы нейтрального водорода, мешавшие распространению света.
В период между 550 и 800 миллионами лет после Большого взрыва образовались первые звезды, галактики и квазары — сверхмассивные черные дыры, вокруг которых возникает яркий аккреционный диск. Эти источники испускали свет, и под его влиянием произошла реионизация водорода. В результате Вселенная стала прозрачной. В ходе этого процесса было сгенерировано излучение Лайман-альфа, которое и фиксируют ученые, исследующие ту эпоху. Однако Ларсон и ее коллеги заметили кое-что неожиданное.
Новейший телескоп «смотрел» на CEERS_1019 всеми четырьмя приборами всего лишь в течение часа, но этого оказалось более чем достаточно. «Я просто ошеломлена количеством информации», — признается Ларсон.
В потоке данных она заметила еще один тип излучения. Он характерен для активных ядер галактик (АЯГ), то есть сверхмассивных черных дыр, поглощающих вещество. После продолжительных дискуссий ученые пришли к выводу, что в центре CEERS_1019 находится СМЧД в десять миллионов солнечных масс.
Когда Вселенной исполнилось примерно 570 миллионов лет, эта сверхмассивная черная дыра уже существовала, иными словами, она самая древняя из известных.
В ранней Вселенной находили гораздо более крупные черные дыры, хотя и не такие древние. Среди них — квазар J0313-1806, который существовал через 670 миллионов лет после Большого взрыва и имел массу 1,6 миллиарда солнечных.
Ларcон и ее коллеги подозревают, что J0313-1806 и другие квазары, относящиеся к эпохе реионизации, выросли из таких объектов, как тот, что находится в центре CEERS_1019. То есть открытие, сделанное с помощью JWST, показало ранний этап появления самых первых и самых массивных черных дыр.
Существовали до Большого взрыва?
Как возникли сами сверхмассивные дыры типа CEERS_1019, неизвестно, отмечает Ларсон.
Возможно, они образовались в результате коллапса гигантских газовых облаков в сотни тысяч масс Солнца. Либо, согласно гипотезе первичных черных дыр, появились сразу после рождения Вселенной, сгенерированные энергией Большого взрыва.
Отметим, что сам Большой взрыв — при всех оговорках — стал общим местом в космологии. Однако у науки нет внятного ответа на вопрос, что было до него — и было ли вообще. Некоторые исследователи видят ключ к разгадке именно в черных дырах.
По одной из версий, которую, в частности, высказывали Алан Коули из канадского Университета Далхаузи и Бернард Карр из Университета королевы Марии в Лондоне в статье от 2011-го, первичные черные дыры могли возникнуть в результате Большого сжатия. Известно, что сегодня Вселенная расширяется с ускорением. Коули и Карр предположили, что в предшествующую эпоху происходил обратный процесс — и Вселенная сжималась. В результате максимального уплотнения материи и появились черные дыры. Каким-то образом они пережили Большой взрыв, а затем ассимилировались с новым пространством.
Эта идея укладывается в гипотезу Большого отскока, по которой расширение Вселенной постоянно чередуется со сжатием. Правда, такая модель не объясняет, как именно расширение, наблюдаемое сегодня, остановится и перейдет в обратный процесс. Также неизвестно, живем ли мы в первой итерации Вселенной или в какой-то другой точке этой бесконечной последовательности.