У ранньому Всесвіті знайшли надто велику надмасивну чорну діру

Група астрономів повідомила про відкриття надмасивної чорної діри (СЧД), яка утворилася лише через 500 млн років після Великого вибуху. Жодна наднова в ті часи не могла б породити СЧД таких жахливих розмірів. Залишається альтернативна версія про інший шлях появи зародка чорної дірки, але до неї також є питання.

Зробити дивовижне відкриття допоміг космічний телескоп Джеймс Вебб (JWST). Але навіть йому знадобилася допомога, щоб заглянути так далеко до раннього Всесвіту. По-перше, астрономи використовували ефект гравітаційного лінзування, щоб ще більше посилити світло від далеких зірок. По-друге, для пошуку чорних дірок у далеких галактиках було задіяно рентгенівський телескоп «Чандра» (Chandra). «Вебб» шукав відповідні галактики та вимірював їх червоне зміщення, а «Чандра» ловила рентгенівське випромінювання, яке чорні дірки випромінюють у процесі харчування речовиною.

З 11 кандидатів майже ідеально (з відхиленням 4 сигма) підійшла галактика UHZ1 з червоним усуненням близько 10. Вона розташовувалася за масивним скупченням галактик Abell 2744, яке забезпечило «чотириразовий зум». Вимірювання та розрахунки показали, що в центрі UHZ1 за шарами пилу та газу ховається надмасивна чорна діра з масою близько 10 млн. сонячних. Маса СЧД дорівнювала масі решти речовини в галактиці. Як вона там виросла до таких розмірів і на момент спостереження світла від неї це стало загадкою. Маса всіх чорних дірок, що спостерігаються в місцевому Всесвіті, дорівнює приблизно 0,1 % маси речовини в галактиках, включаючи нашу.

Вважається, що перші чорні діри стали з'являтися через 200 млн. років після Великого вибуху. Тим самим чорній дірі в UHZ1 знадобилося всього 300 млн років, щоб розроститися до колосальних розмірів. Звичайне злиття до такого не могло привести, оскільки невеликі чорні дірки не мають необхідного гравітаційного потенціалу. Розвинутися з фази супернової і дуже великої зірки в ранньому Всесвіті - це теж не варіант. Така чорна діра мала б харчуватися з подвоєною силою, що теоретично можливо, але малоймовірно.

Залишається останній варіант, який більш-менш вкладається у наше розуміння процесів у Всесвіті. Передбачається, що зародки СЧД можуть утворюватися при колапсі щільних газових хмар у ранньому Всесвіті. У такому разі зародок СЧД UHZ1 міг бути досить великим, щоб вирости до чорної діри, що спостерігається в галактиці. Темп його зростання все ще відповідає годівлі за межею Еддінгтона, завдяки якому ми можемо розрахувати межі мас чорних дірок. Такий об'єкт виявлено поки що в єдиному екземплярі у Всесвіті, і це не дозволяє говорити про тенденцію.

Вчені закликають з обережністю ставитись до отриманих результатів. Наукове співтовариство також демонструє обережність до зробленого спостереження. Так спочатку стаття про відкриття з'явилася на сайті arxiv.org 24 травня 2023 року. У вересні вона була піддана черговій ревізії і лише вчора її опублікували в Nature Astronomy .

До речі, нове і більш широке дослідження з відкриттям «Вебба» в ранньому Всесвіті говорить про те, що дані про галактики-переростки на той час дещо перебільшені. Тим не менш, вони зустрічаються значно рідше і не такі потужні, ніж було сказано після перших спостережень «Вебба».