Астрономы, использующие космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST), обнаружили небольшую, но мощную черную дыру в GN-z11, исключительно яркой галактике, которая существовала всего через 420 миллионов лет после Большого взрыва, более 13 миллиардов лет назад. Тот факт, что эта черная дыра с массой в несколько миллионов солнечных масс вообще существовала в настолько древней Вселенной, бросает вызов современным предположениям о том, как формируются и растут черные дыры.
Астрономы полагают, что сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, подобных Млечному Пути, выросли до своих нынешних размеров за миллиарды лет.
Но размер этой недавно открытой черной дыры предполагает, что они могут образовываться и другими способами: они могут "родиться большими" или могут поглощать материю со скоростью, в пять раз превышающую ту, что считалась возможной.
Согласно стандартным моделям, сверхмассивные черные дыры образуются из остатков мертвых звезд, которые коллапсируют и могут образовать черную дыру, примерно в сто раз превышающую массу Солнца
Если бы она росла ожидаемым образом, этой недавно обнаруженной черной дыре потребовалось бы около миллиарда лет, чтобы вырасти до наблюдаемых размеров.
Однако Вселенной еще не было миллиарда лет, когда была обнаружена эта черная дыра.
“Во Вселенной еще очень рано наблюдать черные дыры такой массы, поэтому мы должны рассмотреть другие способы их образования”, - сказал доктор Роберто Майолино, астроном из Кембриджского университета.
Очень ранние галактики были чрезвычайно богаты газом, поэтому они были бы чем-то вроде буфета для черных дыр.
Как и все черные дыры, молодая черная дыра в GN-z11 накапливает материал из своей галактики, чтобы подпитывать свой рост.
Тем не менее, обнаружено, что эта древняя черная дыра поглощает материю гораздо быстрее, чем её "сёстры" в более поздние эпохи.
GN-z11 - компактная галактика, примерно в сто раз меньше Млечного Пути, но черная дыра, вероятно, вредит ее развитию.
Когда черные дыры потребляют слишком много газа, они выталкивают газ прочь подобно сверхскоростному ветру.
Этот "ветер" мог бы остановить процесс звездообразования, медленно убивая галактику, но он также уничтожит и саму черную дыру, поскольку он также лишил бы черную дыру источника "пищи".
“Это новая эра: гигантский скачок в чувствительности телескопа, особенно в инфракрасном диапазоне, подобен модернизации телескопа Galileo до современного телескопа за одну ночь”, - сказал доктор Майолино.
“Чувствительность "Уэбба" означает, что в ближайшие месяцы и годы могут быть обнаружены еще более старые черные дыры”, - добавил он.
Учёные надеются использовать будущие наблюдения JWST, чтобы попытаться найти подобные древние чёрные дыры, которые могут помочь им разобраться в различных способах образования этих загадочных астрономических объектов: появляются ли они сразу большими или же каким-то образом быстро растут.
Источники информации
- Roberto Maiolino et al, A small and vigorous black hole in the early Universe, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07052-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07052-5. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2305.12492