Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил самую старую и самую удаленную черную дыру во Вселенной

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил самую старую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр — древнее чудовище с массой 1,6 миллиона солнц, скрывающееся в прошлом Вселенной на 13 миллиардов лет.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, камеры которого позволяют заглянуть в прошлое, к истокам нашей Вселенной, обнаружил сверхмассивную черную дыру в центре галактики GN-z11 всего через 440 миллионов лет после начала существования Вселенной.

И этот пространственно-временной разрыв не одинок — это одна из бесчисленных черных дыр, которые раздулись до ужасающих масштабов во время космического рассвета — периода примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва, когда молодая Вселенная начала светиться в течение миллиарда лет.

Как космические водовороты так быстро увеличились в размерах после зарождения Вселенной, пока неясно. Но поиски ответа могли бы помочь объяснить, как современные сверхмассивные черные дыры, на которых держатся целые галактики, включая наш Млечный Путь, выросли до таких умопомрачительных размеров. Исследователи опубликовали свои выводы 17 января в журнале Nature.

Черные дыры в ранней Вселенной «не могут расти тихо и плавно, как многие черные дыры в локальной современной Вселенной», — сказал ведущий автор исследования Роберто Майолино. «Они должны переживать своеобразное рождение или формирование, а также своеобразный рост».

Ближе к сегодняшнему дню астрономы считают, что черные дыры рождаются в результате коллапса гигантских звезд. Но как бы они ни появились, они растут, непрерывно питаясь газом, пылью, звездами и другими черными дырами. В процессе пиршества трение приводит к нагреванию материала, закручивающегося в пасти черных дыр, и они излучают свет, который может быть обнаружен телескопами, превращаясь в так называемые активные галактические ядра (AGN).

Самые экстремальные AGN — квазары, сверхмассивные черные дыры, которые в миллиарды раз тяжелее Солнца и выбрасывают свои газообразные коконы со световыми взрывами, в триллионы раз более яркими, чем самые яркие звезды.

Поскольку свет распространяется в вакууме космоса с фиксированной скоростью, чем глубже ученые заглядывают во Вселенную, тем более отдаленный свет они перехватывают и тем дальше в прошлое они видят. Чтобы обнаружить черную дыру в новом исследовании, астрономы просканировали небо двумя инфракрасными камерами — средним инфракрасным инструментом (MIRI) и камерой ближнего инфракрасного диапазона JWST — и использовали встроенные в камеры спектрографы, чтобы разложить свет на составляющие его частоты.

Разбирая эти слабые отблески первых лет существования Вселенной, ученые обнаружили неожиданный всплеск частот, содержащихся в свете, — ключевой признак того, что горячее вещество вокруг черной дыры излучало слабые следы света по всей Вселенной.

Наиболее популярными объяснениями того, как эти ранние черные дыры росли так быстро, являются то, что они образовались в результате внезапного коллапса гигантских газовых облаков или что они возникли в результате многочисленных слияний между скоплениями звезд и черных дыр.

Тем не менее, астрономы не исключают, что некоторые из этих черных дыр могли быть порождены гипотетическими «первобытными» черными дырами, которые, как считается, были созданы через несколько мгновений после — а в некоторых теориях даже до — начала существования Вселенной.

«Не так уж ясно, что прямой коллапс — единственный способ создать черную дыру, потому что для этого нужны особые обстоятельства», — говорит Майолино. «Нужно, чтобы это было чистое облако, еще не обогащенное тяжелыми элементами, созданными первыми звездами, и достаточно массивное — от 10 000 до миллиона солнечных масс».

Чтобы такое облако не остыло слишком быстро и не распалось сначала на массивные звезды, оно должно быть облучено ультрафиолетовым светом, вероятно, от близлежащей галактики или черной дыры.

«Таким образом, нужны особые условия, при которых облако не обогащается за счет поглощения материала взорвавшейся звезды, но при этом находится рядом с другой галактикой, которая производит много фотонов», — говорит Майолино. «Поэтому мы не обязательно ищем какой-то один сценарий, на самом деле их может быть два или более».