Що було першим: чорні діри чи галактики?

Чорні діри не тільки існували на зорі часів, вони народжували нові зірки та утворювали надзаряджені галактики, свідчить новий аналіз даних космічного телескопа Джеймса Вебба.

Це розуміння перевертає теорії про те, як чорні діри формують космос, кидаючи виклик класичному уявленню про те, що вони утворилися після появи перших зірок і галактик. Натомість чорні діри могли різко прискорити народження нових зірок протягом перших 50 мільйонів років існування Всесвіту, швидкоплинного періоду в його 13,8 мільярда років історії.

«Ми знаємо, що ці чудовиська чорні діри існують у центрі галактик поблизу нашого Чумацького Шляху, але зараз великий сюрприз полягає в тому, що вони також були присутні на початку Всесвіту і були майже як будівельні блоки або насіння для ранніх галактик», — сказав він. провідний автор Джозеф Сілк, професор кафедри фізики та астрономії Університету Джона Гопкінса та Інституту астрофізики, Париж, Університет Сорбонна. «Вони дійсно прискорили все, як гігантські підсилювачі зореутворення, що є повним поворотом того, що ми вважали можливим раніше, настільки, що це могло повністю похитнути наше розуміння того, як утворюються галактики».

Робота нещодавно опублікована в Astrophysical Journal Letters. Віддалені галактики з дуже раннього Всесвіту, які спостерігали за допомогою телескопа Вебба, виявляються набагато яскравішими, ніж передбачали вчені, і виявляють надзвичайно велику кількість молодих зірок і надмасивних чорних дір, сказав Сілк.

Загальноприйнята думка стверджує, що чорні діри утворилися після колапсу надмасивних зірок і що галактики утворилися після того, як перші зірки освітили темний ранній Всесвіт. Але аналіз, проведений командою Сілка, показує, що чорні діри та галактики співіснували та впливали на долю одна одної протягом перших 100 мільйонів років. Якби вся історія Всесвіту була 12-місячним календарем, ці роки були б схожі на перші дні січня, сказав Сілк.

«Ми стверджуємо, що чорна діра випускає подрібнені газові хмари, перетворюючи їх на зірки та значно прискорюючи швидкість утворення зірок», — сказав Сілк. «Інакше дуже важко зрозуміти, звідки взялися ці яскраві галактики, тому що вони, як правило, менші в ранньому Всесвіті. Чому, на землі, вони повинні створювати зірки так швидко?»

Чорні діри — це області в космосі, де гравітація настільки сильна, що ніщо не може уникнути її тяжіння, навіть світло. Завдяки цій силі вони генерують потужні магнітні поля, які викликають сильні шторми, викидаючи турбулентну плазму і, зрештою, діючи як величезні прискорювачі частинок, сказав Сілк. За його словами, цей процес, ймовірно, є причиною того, що детектори Вебба помітили більше цих чорних дір і яскравих галактик, ніж очікували вчені.

«Ми не можемо побачити ці сильні вітри чи струмені далеко-далеко, але ми знаємо, що вони повинні бути присутніми, оскільки ми бачимо багато чорних дір у Всесвіті на ранніх стадіях», — пояснив Сілк. «Ці величезні вітри, що надходять із чорних дір, розчавлюють сусідні газові хмари та перетворюють їх на зірки. Це відсутня ланка, яка пояснює, чому ці перші галактики набагато яскравіші, ніж ми очікували».

Команда Сілка передбачає, що молодий Всесвіт мав дві фази. Під час першої фази високошвидкісні потоки з чорних дір прискорили утворення зірок, а потім, на другій фазі, потоки сповільнилися. Через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху газові хмари зруйнувалися через надмасивні магнітні бурі чорної діри, і нові зірки народжувалися зі швидкістю, яка значно перевищує швидкість, яку спостерігали мільярди років потому в звичайних галактиках, сказав Сілк. За його словами, створення зірок сповільнилося, тому що ці потужні потоки перейшли в стан збереження енергії, зменшивши газ, доступний для утворення зірок у галактиках.

«Ми думали, що на початку галактики утворилися, коли впала гігантська газова хмара», — пояснив Сілк. «Великий сюрприз полягає в тому, що в середині цієї хмари було насіння — велика чорна діра — і це допомогло швидко перетворити внутрішню частину цієї хмари на зірки зі швидкістю, набагато більшою, ніж ми коли-небудь очікували. І тому перші галактики неймовірно яскраві».

Команда очікує, що майбутні спостереження телескопа Вебба з більш точним підрахунком зірок і надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті допоможуть підтвердити їхні розрахунки. Силк очікує, що ці спостереження також допоможуть вченим зібрати більше підказок про еволюцію Всесвіту.

«Велике питання полягає в тому, з чого ми починалися? Сонце — це одна зірка на 100 мільярдів у галактиці Чумацький Шлях, а посередині також є величезна чорна діра. Який зв’язок між ними?» він сказав. «Протягом року ми матимемо набагато кращі дані, і на багато наших запитань ми почнемо отримувати відповіді».