Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил старейшую черную дыру во Вселенной

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил старейшую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр, древнее чудовище с массой в 1,6 миллиона солнц, скрывающееся 13 миллиардов лет в прошлом Вселенной.  Открытие старейших черных дыр во Вселенной дает астрономам важные подсказки о том, как они появились.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб», камеры которого позволяют ему заглянуть в прошлое, к зарождению нашей Вселенной, обнаружил сверхмассивную черная дыра в центре молодой галактики GN-z11 всего через 440 миллионов лет после возникновения Вселенной.

И разрыв пространства-времени не одинок, это одна из бесчисленных черных дыр, которые наелись до ужасающие масштабы во время космического рассвета — периода примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва, когда молодая Вселенная начала светиться в течение миллиарда лет. 

Непонятно, как космические водовороты так быстро раздулись в размерах после возникновения Вселенной. Но поиск ответа может помочь объяснить, как современные сверхмассивные черные дыры, которые являются якорем целых галактик, включая наш Млечный Путь, выросли до тиких ошеломляющие размеры. Исследователи опубликовали свои результаты ранее в этом году в базе данных препринтов arXiv, но исследование еще не прошло рецензирование.

Черные дыры в ранней Вселенной «не могут расти тихо и осторожно, как это делают многие черные дыры в локальной современной Вселенной», — сказал ведущий автор исследования Роберто Майолино из Кембриджского университета. «Они должны пережить какое-то особое рождение или формирование и какой-то особенный рост».

Ближе к сегодняшнему дню астрономы полагают, что черные дыры рождаются в результате коллапса звезд-гигантов. Но как бы они ни появились, они растут, непрерывно поглощая газ, пыль, звезды и другие черные дыры. Пока они пируют, трение приводит к тому, что материал спиралевидно устремляется в черные дыры' утробы нагреваются и излучают свет, который можно обнаружить с помощью телескопов, превращая их в так называемые активные ядра галактик (АЯГ).

Самыми экстремальными АЯГ являются квазары, сверхмассивные черные дыры, которые в миллиарды раз тяжелее Солнца и сбрасывают свои газовые коконы со световыми вспышками, в триллионы раз более яркими, чем самые яркие звезды.

Поскольку свет распространяется с фиксированной скоростью через космический вакуум, чем глубже ученые изучают Вселенную, тем более отдаленный свет они перехватывают и тем дальше назад во времени они видят. Чтобы обнаружить черную дыру в новом исследовании, астрономы просканировали небо с помощью двух инфракрасных камер — прибора среднего инфракрасного диапазона JWST (MIRI) и камеры ближнего инфракрасного диапазона — и использовали камеры для наблюдения за ними - встроенные спектрографы для разложения света на составляющие частоты. 

Разбирая эти слабые отблески самых ранних лет существования Вселенной, они обнаружили неожиданный всплеск среди частот, содержащихся в свете — ключевой признак того, что горячее вещество вокруг черной дыры излучало слабые следы света по всей Вселенной.

Наиболее популярные объяснения того, как эти ранние черные дыры росли так быстро, заключаются в том, что они образовались в результате внезапного коллапса гигантских газовых облаков или в результате многочисленных слияний скоплений звезд и черных дыр. 

Тем не менее, астрономы не исключили, что некоторые из этих черных дыр могли быть засеяны гипотетическим "первобытным" объектом. черные дыры, которые, как считается, возникли сразу после начала Вселенной, а в некоторых теориях даже раньше.

«Не так уж очевидно, что прямой коллапс — единственный способ создать черную дыру, потому что для того, чтобы это произошло, нужны особые обстоятельства», — сказал Майолино. «Это должно быть первозданное облако, обогащенное тяжелыми элементами, созданными первыми звездами, и достаточно массивное — от 10 000 до миллиона солнечных масс».

Чтобы предотвратить слишком быстрое охлаждение такого облака и коллапс в массивные звезды, сначала его необходимо также облучать ультрафиолетовым светом, вероятно, от ближайшая галактика или черная дыра.

«Итак, вам нужно это своеобразное состояние, при котором облако не обогащается поглощая взорвавшееся вещество звезды, но также находится рядом с другой галактикой, которая производит много фотонов», — сказал Майолино. «Поэтому мы не обязательно ищем какой-то один сценарий, на самом деле могут иметь место два или более из них».