Обнаружена старейшая черная дыра: датируется рассветом Вселенной

Астрономы обнаружили самую старую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр, возраст которой насчитывает более 13 миллиардов лет с момента зарождения Вселенной, пишет The Guardian.

Наблюдения, проведенные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), показывают, что он находится в центре галактики через 440 миллионов лет после большого взрыва. Примерно в миллион раз превышая массу Солнца, она удивительно велика для маленькой черной дыры, что поднимает вопрос о том, как она так быстро стала такой большой.

Профессор Роберто Майолино, астрофизик из Кембриджского университета, который руководил наблюдениями, говорит: “Сюрприз заключается в том, что она настолько массивная. Это оказалось самым неожиданным”.

Наблюдения черной дыры, опубликованные на веб-сайте препринта Arxiv, не содержат прямого изображения, которое невозможно увидеть, потому что никакой свет не может вырваться из ее захвата. Но астрономы обнаружили характерные признаки ее аккреционного диска - гало из газа и пыли, которое быстро вращается вокруг космической воронки.

Астрономы полагают, что самые ранние черные дыры могли бы помочь разгадать загадку того, как их гигантские аналоги в центре галактик, таких как Млечный Путь, выросли до массы, в миллиарды раз превышающей массу Солнца. До недавнего времени предполагалось, что они просто росли как снежный ком в течение почти 14 миллиардов лет, неуклонно увеличиваясь за счет слияний и поглощения звезд и других объектов. Но этот сценарий "снежного кома" не может полностью объяснить эпические масштабы современных сверхмассивных черных дыр.

Последние наблюдения галактики под названием GN-z11 возвращают истоки этой загадки к младенчеству черных дыр и предполагают, что они либо родились уже большими, либо чрезвычайно быстро раздувались на ранней стадии.

“Понимание того, откуда вообще взялись черные дыры, всегда было загадкой, но теперь эта загадка, похоже, углубляется, - говорит профессор Эндрю Понтцен, космолог из Университетского колледжа Лондона, который не принимал участия в исследовании. “Эти результаты предполагают, что некоторые черные дыры росли с огромной скоростью в молодой Вселенной, намного быстрее, чем мы ожидали”.

Одно из объяснений, известное как сценарий "тяжелых семян", заключается в том, что раннее поколение черных дыр родилось в результате прямого коллапса огромных газовых облаков, а не из сгоревших звезд, которые коллапсировали под действием собственной гравитации в конце своей жизни. Другая возможность заключается в том, что компактные скопления звезд и черных дыр очень быстро сливались в ранней Вселенной.

Третья, более спекулятивная гипотеза заключается в существовании так называемых первичных черных дыр, которые возникли во время космической инфляции, периода расширения Вселенной быстрее скорости света, произошедшего через долю секунды после большого взрыва.

Это перевернуло бы с ног на голову предполагаемый порядок игры, в котором сначала появились галактики, а затем внутри них начинают расти черные дыры. Первичные черные дыры были бы эффективно вплетены в ткань космоса с самого начала, рассказывает The Guardian.

“Если бы это было правдой, это имело бы глубокие последствия для открытия доли секунды нашей Вселенной, - говорит профессор Понтцен. – В любом случае, история о том, как черные дыры и галактики выросли вместе, является захватывающей, и мы только начинаем собирать ее воедино”.

Черные дыры - одни из самых странных и зловещих объектов Вселенной. Они обладают такой сильной гравитацией, что ни материя, ни свет не могут вырваться из их хватки. Порог черной дыры определяется ее горизонтом событий, точкой невозврата. Все, что пересекает эту границу, исчезает навсегда, поясняет The Guardian. Их сложно изучать, потому что они принципиально невидимы, но применение законов физики дает некоторые причудливые идеи. При приближении к черной дыре гравитационный градиент может быть настолько сильным, что объекты будут растягиваться в процессе, известном как спагеттификация. На горизонте событий гравитация настолько сильна, что свет изгибается идеальной петлей вокруг черной дыры, а это означает, что если бы вы стояли там, то смогли бы увидеть свой собственный затылок.

Что находится за горизонтом событий, неизвестно. Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что в центре черной дыры плотность становится бесконечной, создавая гравитационную сингулярность. Этот разрыв в пространстве-времени не имел бы никакого “где” или “когда” и находился бы за пределами сферы действия обычных законов физики. Но неясно, существуют ли такие сингулярности на самом деле.

Черные дыры бывают разных размеров. Звездные черные дыры, образовавшиеся из остатков массивных звезд, могут быть в 20 раз массивнее нашего Солнца. Сверхмассивные черные дыры, подобные Стрельцу А* в центре Млечного Пути, могут иметь массы, эквивалентные миллионам или миллиардам солнц, и играть решающую роль в эволюции галактики, пишет The Guardian.

За последнее десятилетие астрономы добились значительных успехов в наблюдениях за черными дырами: первое изображение гало было получено телескопом Event Horizon в 2019 году, а наблюдения за катастрофическими слияниями черных дыр были проведены благодаря обнаружению гравитационных волн, распространяющихся по пространству-времени.