Дыра необъяснимой массы: «Джеймс Уэбб» увидел зрелый квазар на «космическом рассвете»
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» засек галактику, находящуюся на очень молодой стадии развития Вселенной — «космическом рассвете». Свету от галактики под названием J1120+0641 потребовалось почти столько же времени, чтобы достичь Земли, сколько развивалась Вселенная до сегодняшнего дня. Измерения показали, что черная дыра в центре галактики могла весить в те времена более миллиарда солнечных масс, и это озадачило астрофизиков.
Первый миллиард лет космической истории ставит перед наукой сложную задачу, ведь самые ранние из известных черных дыр в центрах галактик обладают удивительно большой массой. Как они стали такими массивными, да еще так быстро? Новые наблюдения дают убедительные доводы против некоторых предложенных теорий, в частности, опровергая идею о «сверхэффективном режиме питания».
Долгое время астрономы предполагали, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик должны были постепенно расти вместе с самими галактиками. Но рост черных дыр не может быть произвольно быстрым. Материя, падающая на черную дыру, образует вихревой, горячий и яркий аккреционный диск. Когда это происходит вокруг сверхмассивной черной дыры, в результате образуется активное галактическое ядро. Самые яркие из таких объектов, квазары, — одни из самых ярких астрономических объектов во всем космосе вообще. Но эта яркость ограничивает количество материи, падающей на черную дыру. Свет оказывает давление, которое может удерживать дополнительную материю от падения внутрь.
Именно поэтому астрономы удивлялись, когда находили очень молодые черные дыры, которые, тем не менее, достигли массы в 10 млрд солнечных масс. Мы видим самые далекие из известных квазаров такими, какими они были в эпоху «космического рассвета» — менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, когда образовались первые звезды и галактики.
Некоторые ученые предполагали, что ранние черные дыры гораздо эффективнее аккрецировали газ, то есть поглощали его из окружающего пространства под действием сил тяготения, чем их современные собратья. Или присутствие пыли могло повлиять на оценки массы квазаров таким образом, что исследователи переоценили массу ранних черных дыр? Существовало множество предложенных объяснений, но ни одно из них не было общепринятым.
Наблюдения за галактикой J1120+0641 проводились в январе 2023 года, и они представляют собой первое исследование квазара в среднем инфракрасном диапазоне в период «космического рассвета», спустя всего 770 млн лет после Большого взрыва. Информацию о черной дыре получили не из изображения, а из инфракрасного спектра.
Почти по всем свойствам, которые можно вывести из спектра, J1120+0641 не отличается от квазаров в более поздние времена. Забавно, что новые наблюдения за черной дырой только добавили загадок, и показали, что ранние квазары были на удивление «нормальными», пишет Phys.org.
«Независимо от того, в каких длинах волн мы их наблюдаем, квазары практически идентичны во все эпохи существования Вселенной», — отмечают астрофизики. По их мнению, не только сами сверхмассивные черные дыры, но и механизмы их «питания» уже были полностью сформированными, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от ее нынешнего возраста.
Полученные результаты подтверждают идею о том, что сверхмассивные черные дыры с самого начала обладали гигантской массой. Сверхмассивные черные дыры не формировались из остатков ранних звезд, которые затем очень быстро стали массивными, а должны были образоваться на ранней стадии с начальной массой не менее сотни тысяч масс Солнца — предположительно, в результате коллапса массивных ранних облаков газа.
