Загадка ранних сверхмассивных чёрных дыр: что обнаружил телескоп JWST о самых тяжёлых объектах Вселенной?
Сверхмассивные чёрные дыры, известные как SMBH, обладают массами, в миллиарды раз превышающими массу Солнца. Современные наблюдения показывают, что эти космические гиганты присутствуют в центрах практически всех крупных галактик. Но недавно полученные данные от телескопа Джеймса Уэбба (JWST) подняли фундаментальный вопрос о возникновении и эволюции этих объектов.
JWST, способный заглянуть в самые ранние этапы Вселенной — в галактики, сформировавшиеся в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, — выявил неожиданный факт: даже в ту эпоху существовали сверхмассивные чёрные дыры колоссальной массы. Это открытие ставит под сомнение текущие модели, объясняющие их формирование. Как же они стали столь массивными в столь ранние сроки?
Чёрные дыры всех размеров остаются для нас загадкой. Известно, что в конце жизни звезды могут превращаться в чёрные дыры звёздной массы. Эти чёрные дыры могут сливаться, порождая гравитационные волны. Однако для появления сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной времени на такие слияния просто не было.
JWST обнаружил квазары, излучение которых питается черными дырами с массой от одного до десяти миллиардов солнечных масс, существовавшие менее чем через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Такие данные указывают на недостатки текущих моделей роста чёрных дыр. Астрофизики теперь ищут ответ на вопрос: как сверхмассивные чёрные дыры могли так быстро обрести огромные массы?
Одно из новых исследований под руководством Франческо Зипаро из Пизанского университета предполагает, что ответ кроется в первичных чёрных дырах (ПЧД). Эти гипотетические объекты могли появиться ещё до первых звёзд, прямо в условиях ранней Вселенной, в результате коллапса плотных областей субатомной материи. Благодаря этому ПЧД способны обладать массой, значительно превосходящей массы обычных звёздных чёрных дыр.
Команда Зипаро выдвинула модель, где сверхмассивные чёрные дыры формировались и скапливались в областях с высокой плотностью тёмной материи. Со временем такие чёрные дыры накапливали вокруг себя газ, поглощая его и теряя угловой момент, что приводило к их росту и последующему коллапсу в плотное ядро.
Проверка этой гипотезы может стать возможной с помощью будущих инструментов, таких как Телескоп Эйнштейна, — чувствительной гравитационно-волновой обсерватории, способной обнаружить сигналы от слияний ПЧД. Предполагается, что во время интенсивного роста ПЧД могут активно генерировать гравитационные волны, и наблюдение этих волн подтвердило бы теорию.
Телескоп Эйнштейна, по плану, станет подземной обсерваторией с интерферометрическими детекторами длиной в 10 км, что значительно повысит его чувствительность по сравнению с LIGO. Этот проект откроет возможность наблюдать эволюцию чёрных дыр звёздной и промежуточной массы на протяжении всей космической истории, охватывая даже «тёмные века» Вселенной.
Хотя мы далеки от полного понимания природы сверхмассивных чёрных дыр, очевидно одно: эти гиганты играют важнейшую роль в формировании крупномасштабной структуры Вселенной. Их неожиданно раннее появление указывает на то, что нам ещё многое предстоит узнать о первых этапах её эволюции.
