Они были до Большого взрыва: это переписывает историю Вселенной

МОСКВА, 13 апр — РИА Новости, Николай Гурьянов. Астрономы обнаружили самую древнюю сверхмассивную черную дыру возрастом более 13 миллиардов лет. Это открытие вновь поднимает вопрос о природе таких объектов. По мнению некоторых ученых, в них, возможно, таится разгадка происхождения Вселенной.

Необъяснимо массивные тела

Известно, что черные дыры звездных масс — в несколько раз "весомее" Солнца — образуются в результате коллапса гигантских звезд, которые в конце эволюции как бы "взрываются внутрь".

Куда сложнее объяснить сверхмассивные черные дыры (СМЧД), чья масса в миллионы, а иногда в миллиарды раз превышает солнечную. Не существует настолько больших звезд, схлопывание которых привело бы к образованию таких объектов.

Черные дыры способны поглощать вещество — газ, плазму — и за счет этого расти. Прежде считалось, что СМЧД набрали массу, "питаясь" звездами. Правда, для этого потребовались бы миллиарды лет. Однако "Хаббл" и другие приборы показали, что сверхмассивные черные дыры возникли примерно в одно время с первыми галактиками.

В ходе нового исследования с помощью мощнейшего в истории телескопа "Джеймс Уэбб" (JWST) удалось обнаружить древнейшего космического "монстра", и это может пролить свет на эволюцию Вселенной и СМЧД.

В десять миллионов раз больше Солнца

Международная команда под руководством астрофизика Ребекки Ларсон из Техасского университета в Остине исследовала галактику CEERS_1019. Это гравитационно связанное скопление звезд, звездной пыли и темной материи обнаружили еще в 2015-м с помощью телескопа "Хаббл". Оно было самым ярким среди подобных объектов той эпохи. Возможности "Джеймса Уэбба" позволили рассмотреть его подробнее.

CEERS_1019 относится к эпохе реионизации Вселенной. Считается, что ранний универсум был непрозрачным, поскольку его заполняли атомы нейтрального водорода, мешавшие распространению света.

В период между 550 и 800 миллионами лет после Большого взрыва образовались первые звезды, галактики и квазары — сверхмассивные черные дыры, вокруг которых возникает яркий аккреционный диск. Эти источники испускали свет, и под его влиянием произошла реионизация водорода. В результате Вселенная стала прозрачной. В ходе этого процесса было сгенерировано излучение Лайман-альфа, которое и фиксируют ученые, исследующие ту эпоху. Однако Ларсон и ее коллеги заметили кое-что неожиданное.

Новейший телескоп "смотрел" на CEERS_1019 всеми четырьмя приборами всего лишь в течение часа, но этого оказалось более чем достаточно. "Я просто ошеломлена количеством информации", — признается Ларсон.

В потоке данных она заметила еще один тип излучения. Он характерен для активных ядер галактик (АЯГ), то есть сверхмассивных черных дыр, поглощающих вещество. После продолжительных дискуссий ученые пришли к выводу, что в центре CEERS_1019 находится СМЧД в десять миллионов солнечных масс.

Когда Вселенной исполнилось примерно 570 миллионов лет, эта сверхмассивная черная дыра уже существовала, иными словами, она самая древняя из известных.

В ранней Вселенной находили гораздо более крупные черные дыры, хотя и не такие древние. Среди них — квазар J0313-1806, который существовал через 670 миллионов лет после Большого взрыва и имел массу 1,6 миллиарда солнечных.

Ларcон и ее коллеги подозревают, что J0313-1806 и другие квазары, относящиеся к эпохе реионизации, выросли из таких объектов, как тот, что находится в центре CEERS_1019. То есть открытие, сделанное с помощью JWST, показало ранний этап появления самых первых и самых массивных черных дыр.

Существовали до Большого взрыва?

Как возникли сами сверхмассивные дыры типа CEERS_1019, неизвестно, отмечает Ларсон.

Возможно, они образовались в результате коллапса гигантских газовых облаков в сотни тысяч масс Солнца. Либо, согласно гипотезе первичных черных дыр, появились сразу после рождения Вселенной, сгенерированные энергией Большого взрыва.

Отметим, что сам Большой взрыв — при всех оговорках — стал общим местом в космологии. Однако у науки нет внятного ответа на вопрос, что было до него — и было ли вообще. Некоторые исследователи видят ключ к разгадке именно в черных дырах.

По одной из версий, которую, в частности, высказывали Алан Коули из канадского Университета Далхаузи и Бернард Карр из Университета королевы Марии в Лондоне в статье от 2011-го, первичные черные дыры могли возникнуть в результате Большого сжатия. Известно, что сегодня Вселенная расширяется с ускорением. Коули и Карр предположили, что в предшествующую эпоху происходил обратный процесс — и Вселенная сжималась. В результате максимального уплотнения материи и появились черные дыры. Каким-то образом они пережили Большой взрыв, а затем ассимилировались с новым пространством.

Эта идея укладывается в гипотезу Большого отскока, по которой расширение Вселенной постоянно чередуется со сжатием. Правда, такая модель не объясняет, как именно расширение, наблюдаемое сегодня, остановится и перейдет в обратный процесс. Также неизвестно, живем ли мы в первой итерации Вселенной или в какой-то другой точке этой бесконечной последовательности.