Астрономи розкрили загадку величезних чорних дір у ранньому Всесвіті: вони не повинні існувати

За допомогою космічного телескопа Вебб астрономи вивчили гігантську чорну діру, розташовану в нерозвиненій галактиці, що існувала вже через 700 млн років після Великого вибуху. Дослідження, опубліковане на сервері препринтів arXiv, розкриває загадку того, яким чином на зорі історії Всесвіту могли сформуватися настільки величезні чорні діри. Астрономи вважають, що вони утворилися з так званих первинних чорних дір, створених коливаннями щільності матерії відразу після Великого вибуху, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дивна галактика з чорною дірою

Існуючі теорії утворення перших надмасивних чорних дір, маса яких у сотні тисяч разів і навіть у мільйони разів більша за масу Сонця, припускають, що для того, щоб вони утворилися потрібні мільярди років. При цьому потрібно, щоб померли перші зірки, які створили чорні діри зоряної маси, а потім останні мають злитися у ще більшу чорну діру.

Астрономи виявили в галактиці A2744-QSO1, яка існувала вже через 700 млн років після Великого вибуху, надмасивну чорну діру, маса якої в 10 млн разів більша за масу Сонця. При цьому маса чорної діри становить 10% маси всієї галактики. Але маса надмасивних чорних дір здебільшого становить лише 0,005% маси їхніх галактик.

Галактика A2744-QSO1 не тільки маленька, але містить дуже мало металів. Так астрономи називають елементи важчі за водень і гелій. Це вказує на те, що в ній було дуже мало зірок, які б вибухнули надновими і наповнили галактику металами. Це означає, що галактика, до якої розташована чорна діра, має бути практично нерозвиненою. Це відкриття говорить про те, що масивні чорні діри могли утворюватися і досягати досить великих розмірів у ранньому Всесвіті без активного зореутворення.

Чорна діра в галактиці A2744-QSO не могла утворитися внаслідок злиття безлічі дрібніших чорних дір, які утворюються під час вибуху наднових. Відсутність металів вказує на те, що в цій галактиці не було масового процесу загибелі зірок. Це означає, що ця чорна діра була створена в результаті іншого процесу.

Загадка чорних дір із раннього Всесвіту

Раніше астрономи вже виявили багато масивних чорних дір, які існували, коли Всесвіту ще не було й мільярда років. Але сучасні теорії вказують на те, що це неможливо.

Передбачається, що чорні діри зоряної маси повинні мільярди років набирати масу, щоб у підсумку стати більшими. Але існує теоретична межа того, наскільки великими можуть стати чорні діри. Тому виявлені надмасивні чорні діри в ранньому Всесвіті не могли вирости в такий спосіб, адже в них просто не було часу навіть для того, щоб досягти межі маси і тим паче здобути масу, в мільйони разів більшу за масу Сонця.

Одні вчені вважають, що чорні діри від початку виникли величезними, інші припускають, що швидке злиття і загибель зірок могли створити такі чорні діри, або ж вони якимось чином подолали межу маси. Але є теорія, яка припускає, що надмасивні чорні діри в ранньому Всесвіті могли бути створені первинними чорними дірами, які, як передбачається, утворилися протягом першої секунди після Великого вибуху.

Первинні чорні діри

Передбачувані первинні чорні діри були б найпершими структурами, що утворилися у Всесвіті, задовго до зірок і галактик. І автори дослідження вважають, що саме вони створили чорну діру в галактиці A2744-QSO, враховуючи дані спостережень.

За словами астрономів, первинні чорні діри могли бути спочатку дуже масивними і дуже щільно згрупованими. Це означає, що вони могли швидко зливатися і швидко зростати. Таким чином, як вважають учені, з'явилися надмасивні чорні діри ще до того, як Всесвіту виповнився 1 млрд років.

Як уже писав Фокус, астрономи розкрили 50-річну загадку вмираючих зірок. Струмені, які не зуміли пробити зовнішню оболонку вмираючої зірки, є джерелами загадкових рентгенівських спалахів, які десятиліттями спантеличували астрономів.