Телескоп Джеймса Вебба (JWST) революціонізує наше розуміння надмасивних чорних дір — колосальних гравітаційних якорів у центрах галактик. Десятиліттями панувала теорія про те, що ці гіганти поступово зростали, оскільки менші чорні діри зливалися протягом мільярдів років. Однак нещодавні спостереження JWST виявили чорні діри в ранньому Всесвіті, які є надто масивними та з’явилися занадто рано, щоб відповідати цій моделі.
Таємниця утворення ранніх чорних дір
Астрономи довго ламали голову над тим, як надмасивні чорні діри могли досягати маси, що в мільярди разів перевищує масу нашого Сонця на такому ранньому етапі космічної історії. Традиційне пояснення — повільна аккреція та злиття чорних дір із зірковою масою — просто не враховує розмір і кількість цих об’єктів, які спостерігаються в молодому Всесвіті.
Відкриття квазарів, надзвичайно яскравих об’єктів, що живляться за рахунок акреції надмасивних чорних дір, лише через 800 мільйонів років після Великого вибуху вже натякало на цю розбіжність. Тепер JWST надає детальні докази, необхідні для уточнення нашого розуміння.
Відвертий крах і альтернативні теорії
Нові дослідження показують, що можуть бути задіяні кілька альтернативних механізмів формування. Одна з провідних теорій пропонує прямий колапс чорних дір, де масивні згустки газу та пилу руйнуються під дією власної сили тяжіння, утворюючи чорні діри, у мільйон разів масивніші за Сонце, за один крок. Потім ці чорні діри зростатимуть, швидко нарощуючи матерію, і зрештою стануть надмасивними об’єктами, які ми бачимо сьогодні.
JWST вже визначив кілька кандидатів, які підтримують цю модель, включаючи галактику UHZ1, яка містить чорну діру з масою 40 мільйонів сонячних, яка існувала, коли Всесвіту було всього 470 мільйонів років. Інфрачервоні та рентгенівські випромінювання UHZ1 дуже точно відповідають прогнозам прямого колапсу чорної діри.
Інші можливості включають первісні чорні діри, що утворилися відразу після Великого вибуху, і майже первісні чорні діри, які утворилися трохи пізніше, але ще до утворення перших зірок. Ці ранні чорні діри могли служити насінням для подальшого зростання, хоча визначення їх поширеності залишається активною областю дослідження.
Маленькі червоні крапки та скеля: нові відкриття
JWST також ідентифікував «маленькі червоні крапки» – компактні, світяться об’єкти, які виглядають як масивні чорні діри без значних головних галактик. QSO1, який спостерігався через 700 мільйонів років після Великого вибуху, є одним із таких прикладів. Його орієнтовна маса в 50 мільйонів сонць зосереджена в невеликій області з невеликою кількістю навколишньої зоряної речовини.
Ще один інтригуючий об’єкт, який отримав назву «Скеля», може бути квазізіркою: масивною газовою оболонкою, що оточує новоутворену надмасивну чорну діру. Дані JWST вказують на різкий стрибок світла від щільного газу водню, що відповідає цій моделі.
Майбутнє дослідження чорних дір
Висновки очевидні: надмасивні чорні діри, ймовірно, не просто виросли з менших. Натомість вони могли сформуватися через поєднання швидкого прямого колапсу, первісного походження або інших екзотичних механізмів. Такі місії, як Евклід Європейського космічного агентства та Римський телескоп НАСА, доповнять висновки JWST, допомагаючи удосконалити ці моделі та визначити домінуючі шляхи формування ранніх чорних дір.
«Всесвіт усіяний надмасивними чорними дірами, які утворюються надзвичайно рано», — каже Пріямвада Натараджан, астрофізик з Єльського університету. «Я не можу передати вам, наскільки це захоплююче».
Ця революція в нашому розумінні тільки починається, але з’являється все більше доказів того, що наші попередні припущення про найдавніші чорні діри у Всесвіті були принципово неповними.
