Огромная черная дыра может быть остатком зарождения Вселенной

Фото из открытых источников

Астрономов озадачила черная дыра массой около 50 миллионов масс Солнца, не имеющая звезд, обнаруженная космическим телескопом Джеймса Уэбба. Теперь моделирование предполагает, что это может быть первичная черная дыра, чего мы никогда раньше не видели.

В августе Боюань Лю из Кембриджского университета и его коллеги обнаружили странную галактику возрастом 13 миллиардов лет, названную Abell 2744-QSO1, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Галактика, по-видимому, содержала огромную черную дыру, около 50 миллионов масс Солнца, но она была почти полностью лишена звезд.

«Это загадка, потому что традиционная теория гласит, что сначала образуются звезды, или вместе с черными дырами», — говорит Лю. Обычно считается, что черные дыры образуются из очень массивных звезд, когда у них заканчивается топливо и они коллапсируют.

Лю и его команда провели несколько простых моделирований, которые показали, что QSO1 мог изначально быть первичной черной дырой — экзотическим объектом, впервые предложенным физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром в 1974 году. Вместо того чтобы образовываться из звезды, эти объекты должны были бы сконденсироваться из флуктуаций плотности Вселенной вскоре после Большого взрыва.

Первичные черные дыры должны были в значительной степени испариться и исчезнуть к тому времени, как мы можем наблюдать их с помощью телескопа JWST, но есть вероятность, что некоторые из них могли выжить и вырасти в гораздо более крупные черные дыры, такие как QSO1.

Теперь Лю и его команда провели более подробные моделирования того, как первичные черные дыры росли в первые сотни миллионов лет существования Вселенной. Они рассчитали как движение газа вокруг небольшой, первоначальной первичной черной дыры, так и взаимодействие с ней новообразованных и умирающих звезд.

Их предсказания относительно конечной массы черной дыры и более тяжелых элементов в ней совпадают с тем, что они наблюдали для QSO1.

«Это не решающий результат, но это интересная и в некотором смысле важная возможность», — говорит Лю. «Благодаря этим новым наблюдениям, которые обычные теории [образования черных дыр] с трудом воспроизводят, возможность существования массивных первичных черных дыр в ранней Вселенной становится более вероятной».

Моделирование показывает, что первичные черные дыры действительно могут быть жизнеспособным источником для QSO1, говорит Роберто Майолино из Кембриджского университета, который был частью команды, первоначально открывшей черную дыру. «Тот факт, что им удалось сопоставить свойства QSO1 как по массе черной дыры, так и по звездной массе и химическому обогащению, очень интересен и обнадеживает».

Однако самые большие сверхмассивные черные дыры в стандартных моделях первичных черных дыр обычно имеют массу около 1 миллиона солнечных масс, говорит Майолино. «Здесь же масса в 50 раз больше», — говорит он. «Однако верно, что эти первичные черные дыры, как ожидается, будут сильно сгруппированы, и поэтому вполне возможно, что им удалось слиться и быстро стать гораздо более массивными».

Другая проблема заключается в том, что для первоначального коллапса и образования первичных черных дыр необходим выброс высокоэнергетического излучения, например, от взрыва близлежащей звезды, но мы не видим никаких потенциальных источников вблизи QSO1, говорит Майолино.