Телескоп Джеймса Уэбба обнаружил старейшую черную дыру во Вселенной

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил старейшую из когда-либо виденных черных дыр, древнего монстра массой 1,6 миллиона солнц, появившейся в центре галактики GN-z11 всего через 440 миллионов лет после зарождения Вселенной.

Непонятно, как черные дыры так быстро увеличились в размерах после зарождения Вселенной. Но поиски ответа могли бы помочь объяснить, как современные сверхмассивные черные дыры, которые образуют целые галактики, включая наш Млечный Путь, выросли до таких умопомрачительных размеров. Исследователи опубликовали свои выводы в базе данных препринтов arXiv, но работа еще не прошла рецензирование.

Черные дыры в ранней вселенной "не росли тихо и плавно, как многие черные дыры в современной вселенной, - отмечает ведущий автор Роберто Майолино, профессор астрофизики Кембриджского университета. - Они, должно быть, пережили какое-то особенное рождение или формирование".

Сегодня астрономы полагают, что черные дыры рождаются в результате коллапса гигантских звезд. Они растут, непрерывно поглощая газ, пыль, звезды и другие черные дыры. Во время этого пиршества трение заставляет материал, закручивающийся по спирали в пасти черных дыр, нагреваться, и они излучают свет, который можно обнаружить с помощью телескопов - превращая их в так называемые активные ядра галактик (AGN).

Самые экстремальные AGN - это квазары, сверхмассивные черные дыры, которые в миллиарды раз тяжелее Солнца и сбрасывают свои газовые коконы при вспышках света, в триллионы раз более ярких, чем самые яркие звезды.

Поскольку свет распространяется в космическом вакууме с фиксированной скоростью, чем глубже ученые заглядывают во Вселенную, тем более удаленный свет они улавливают и дальше в прошлое видят. В новом исследовании, чтобы обнаружить черную дыру, астрономы сканировали небо двумя инфракрасными камерами — прибором средней инфракрасной области (MIRI) и камерой ближнего инфракрасного диапазона JWST - и использовали встроенные спектрографы камер, чтобы разложить свет на составляющие его частоты.

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

Наиболее популярные объяснения того, почему 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 исключают, что некоторые из этих черных дыр могли быть засеяны гипотетическими "первичными" черными дырами, которые, как считается, возникли через несколько мгновений после — а в некоторых теориях даже до — зарождения Вселенной. 

"Чтобы это произошло, вам нужно, чтобы это было нетронутое облако, еще не обогащенное тяжелыми элементами, образованными первыми звездами, и достаточно массивное — от 10 000 до миллиона солнечных масс", - говорит Майолино.

Чтобы предотвратить слишком быстрое охлаждение такого облака и коллапс в массивные звезды, сначала на него также должен был поступать ультрафиолетовый свет, вероятно, из соседней галактики или черной дыры.