Астрономы вновь исследовали одну из так называемых «маленьких красных точек», обнаруженных телескопом «Джеймс Уэбб». В результате выяснилось, что в центре этой крошечной и крайне древней галактики находится черная дыра с массой около 50 миллионов солнечных масс. При этом масса остальной материи в окружающей галактике значительно меньше. Такой дисбаланс указывает на то, что подобная черная дыра не могла сформироваться из звезд — для ее появления необходим иной механизм, не вписывающийся в стандартную космологическую модель.

Необычные открытия телескопа «Джеймс Уэбб»

В последние годы инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил ряд объектов, которые, как уже отмечалось в научных публикациях, плохо согласуются с традиционными представлениями о развитии Вселенной. Среди них — черные дыры значительных масс, существовавшие более 13 миллиардов лет назад. Согласно стандартной космологической модели, все черные дыры формируются из звезд и на начальном этапе имеют массу, сравнимую с несколькими солнечными.

Сверхмассивные черные дыры, чья масса достигает миллионов солнечных, могут появиться только после многочисленных слияний обычных черных дыр или поглощения ими газа и пыли галактик. Однако в первые миллиарды лет после Большого взрыва галактики были бедны газом и пылью, а слияния черных дыр происходили не слишком часто, поскольку радиус их гравитационного захвата намного меньше, чем у звезд вроде Солнца.

Скептицизм и новые исследования

Такие открытия вызвали скепсис у части научного сообщества. Некоторые исследователи предполагали, что массы черных дыр в ранней Вселенной могли быть определены с большой погрешностью, и на самом деле они значительно меньше, что позволило бы объяснить их появление в рамках стандартной космологии.

Однако группа ученых провела повторный анализ одной из таких черных дыр, находящейся в активном галактическом ядре Abell 2744-QSO1. Мы видим этот объект таким, каким он был 13 миллиардов лет назад. Результаты исследования были опубликованы на сервере препринтов Корнеллского университета.

Уникальные свойства древней галактики

Анализ показал, что масса черной дыры в Abell 2744-QSO1 примерно в 50 миллионов раз превышает массу Солнца. При этом масса остальной галактики оказалась даже меньше, чем у самой черной дыры, из-за чего исследователи назвали ее «голой» — лишенной обычного звездного окружения. Это крайне необычно, ведь обычно черная дыра может поглотить лишь небольшую часть массы своей галактики. Например, в нашей галактике, чья масса превышает сто миллиардов солнечных, самая массивная черная дыра имеет массу всего в несколько миллионов солнечных (пропорция не выше один к нескольким десяткам тысяч). В случае Abell 2744-QSO1 эта пропорция превышает один к одному.

Кроме того, спектральные линии вещества из Abell 2744-QSO1 указывают на «примитивность» местной галактики: там присутствуют водород и гелий, но практически отсутствуют тяжелые элементы. Это говорит о том, что в галактике не было большого числа сверхновых, в которых и образуются такие элементы. Черные дыры обычно рождаются именно из сверхновых, поэтому формирование сверхмассивной черной дыры из звездных черных дыр в такой среде крайне затруднено.

Первичные черные дыры: гипотеза и проблемы

Авторы работы считают черную дыру из Abell 2744-QSO1 кандидатом в так называемые первичные черные дыры. Так называют гипотетические объекты, которые возникли не в результате взрыва сверхновой, а в результате прямого коллапса сверхплотного вещества в ранней эпохе развития Вселенной — менее чем через секунду после Большого взрыва.

Эта концепция, впервые предложенная Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым в 1966 году, имеет свои слабые стороны. Для их формирования во Вселенной практически сразу после Большого взрыва необходимы значительные неоднородности плотности. Для появления таких объектов нужны физические механизмы, которые пока не получили убедительного и общепризнанного теоретического обоснования.

Альтернативные объяснения

Существует и другая гипотеза появления сверхмассивных черных дыр в первые миллиарды лет жизни Вселенной — реликтовые черные дыры. В рамках так называемой космологии отскока Вселенная многократно проходит через циклы расширения после Большого взрыва, сжатия и последующего нового взрыва. В одной из таких моделей черные дыры из предыдущего цикла могут пережить период максимального сжатия пространства-времени и перейти в следующий цикл, сохраняясь в новой эпохе развития Вселенной.