Космический бунтарь: в далёком космосе обнаружили чёрную дыру, возникшую раньше своей галактики

Новые детали этого удивительного открытия, опубликованы в двух научных трудах, пишет издание ScienceAlert. Астрономы смогли впервые непосредственно измерить массу этого объекта, что подтвердило его аномальные масштабы.

Смотрите также Млечный Путь поглотил другую галактику миллиарды лет назад, и теперь ученые нашли ее остатки

Как одна черная дыра может переписать законы космоса?

До сих пор астрофизики считали, что эволюция сверхмассивных черных дыр происходит по четкому и последовательному сценарию. Все начинается с того, что массивная звезда в галактике в конце своей жизни коллапсирует, превращаясь в черную дыру звездной массы. Со временем этот объект растет, поглощая окружающее вещество и сливаясь с другими подобными черными дырами.

Поскольку галактики также сталкиваются и объединяются, их черные дыры сливаются вместе с ними, в конце концов образуя сверхмассивных гигантов с массой в миллиарды солнц. Хотя точный механизм того, как крошечные "зародыши" превращаются в таких монстров, оставался несколько загадочным, общая схема казалась понятной.

Однако новые данные заставляют ученых полностью пересмотреть эту картину. Открытие базируется на наблюдениях за объектом Abell2744-QSO1. Это так называемая "маленькая красная точка", которые астрономы начали находить по всему космосу после запуска телескопа James Webb. Эта конкретная точка существовала всего лишь через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Несмотря на свой крошечный размер – всего 1300 световых лет в поперечнике – этот объект стал доступным для детального изучения благодаря уникальному явлению.

Это явление называется гравитационным линзированием. Работает оно так: когда на пути света от далекого объекта к Земле находится огромное скопление массы (например, другая галактика или скопление галактик), его мощная гравитация искривляет пространство вокруг себя, словно гигантская лупа. Это искривление собирает, фокусирует и усиливает свет от фонового объекта, делая его гораздо ярче и больше для наших телескопов.

В этом случае роль такой космической линзы сыграло скопление галактик Abell 2744, также известное как Скопление Пандоры. Оно не только увеличило изображение QSO1, но и утроило его. Объект расположен на расстоянии 13 миллиардов световых лет от Земли.

Космический телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал уникальную черную дыру / Фото ESA Webb

До этого исследования первичные наблюдения показывали, что QSO1 является просто облаком газа со сверхмассивной черной дырой массой около 40 миллионов солнечных масс. Однако точность этих измерений вызвала сомнения, ведь астрономы ранее не сталкивались с такими массивными объектами на столь ранних этапах существования Вселенной.

Астрономам впервые удалось измерить его массу точно благодаря тому, что раскаленный газ вокруг дыры кружится по принципу обычной карусели. Это движение подчиняется простым законам гравитации – так же, как Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. Именно такое правильное круговое вращение доказывает, что в самом центре скрывается один сверхмощный гигант, который удерживает все вокруг себя.

Если бы этот вес был размыт между миллионами мелких звезд, то космический газ двигался бы хаотично, а не образовывал идеальный космический круг",
– прокомментировал Игнас Юоджбалис, исследователь из Института космологии Кавли при Кембриджском университете.

Чтобы выяснить правду, исследователи использовали интегральный полевой спектрограф (IFU) на инструменте NIRSpec космического телескопа Джеймса Уэбба. Этот прибор позволил измерить гравитационное воздействие черной дыры на окружающий газ и составить карту химических элементов в нем.

Результаты оказались ошеломляющими: масса черной дыры составляет 50 миллионов солнечных масс – на 10 миллионов больше, чем считалось ранее. Более того, эта черная дыра составляет огромную долю от общей массы своей галактики, чего никогда не наблюдается в современной Вселенной.

QSO1 лежит на порядки выше локальных соотношений масштабирования и является примерно на 1 декс массивнее, чем даже самые экстремальные источники, найденные до сих пор,
– пишут авторы исследования в статье для Nature.

Новые измерения доказывают, что черные дыры не растут в том упорядоченном, иерархическом порядке, который ранее считался единственно возможным. Они способны опережать в развитии свои собственные галактики.

Это выдающееся открытие. Это изменение парадигмы, полный пересмотр классических сценариев того, как черные дыры формируются и растут!
– говорит Роберто Майолино, профессор Кавендиской лаборатории Кембриджа и Института космологии Кавли.

До сих пор все подсчеты веса черных дыр в ранней Вселенной были приблизительными – ученые строили догадки на базе того, что видели вокруг Земли. Однако с объектом QSO1 все иначе.

До сих пор все измерения массы черных дыр в ранней Вселенной были косвенными, основанными на предположениях о том, что мы знаем о них в локальной Вселенной. Мы не знали, действительно ли эти предположения применимы к далекой Вселенной,
– добавил Франческо Д'Эухенио, соавтор исследования из Кембриджского университета.

Независимо от того, или черная дыра QSO1 эволюционировала из "тяжелого семени", образовавшегося в течение первой секунды Большого взрыва, или несколько позже в результате коллапса гигантского облака газа, она почти наверняка родилась большой и, возможно, находится на ранних стадиях формирования галактики вокруг себя.

Команда исследователей считает, что маленькие красные точки, такие как QSO1, не могли быть редкостью в ранней Вселенной, и сейчас анализирует подобные объекты, чтобы выяснить, действительно ли сверхмассивные черные дыры предшествуют галактикам, где они сейчас находятся.