Недавние наблюдения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) выявили наличие трех странных, чрезвычайно массивных объектов в ранней Вселенной примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва. Их спектральные характеристики соответствуют сверхплотным звездным скоплениям, которые могут содержать сверхмассивные черные дыры, вопреки тому, что ожидалось в ранней Вселенной.
В 2022 году группа астрофизиков обнаружила три чрезвычайно массивных объекта, возраст которых составляет от 600 до 800 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от ее нынешнего возраста. Изучая их спектры, исследователи обнаружили признаки первичных звезд, которые, согласно стандартным космологическим моделям, были намного старше, чем возможно, в ранней Вселенной.
Они также были удивлены, обнаружив свидетельства существования чрезвычайно массивных черных дыр, в 100–1000 раз более массивных, чем черная дыра в центре Млечного Пути. Процессы образования черных дыр и галактик согласно стандартной космологической модели здесь не совпадают.
«Это очень загадочно», — сказал соавтор Джоэл Леха, доцент кафедры астрономии и астрофизики , в заявлении штата Пенсильвания. Он объяснил: «Мы могли бы включить это в нашу нынешнюю модель Вселенной, но только если представим себе ее причудливое и невероятно быстрое формирование в начале времен.
Фактически, хотя исследователи первоначально предполагали, что это были гигантские ранние галактики, объекты такого типа не должны были образоваться в ранней Вселенной. Процессы обратной связи, вызванные звездообразованием, обычно ограничивают долю барионов (составляющих частиц, составляющих видимую материю) до уровней, намного меньших, чем во Вселенной. Это означает, что рассматриваемый объект появился раньше, чем ожидалось, а также оказался более массивным, чем ожидалось.
Новое исследование, недавно опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, продолжает это исследование, чтобы подтвердить истинную природу этих объектов. Ученые определили, что это действительно галактики, расположенные недалеко от начала Вселенной и, по-видимому, содержащие массивные сверхмассивные черные дыры.
«Обнаружение древних звезд в такой молодой Вселенной было совершенно неожиданным. Стандартная модель космологии и формирования галактик оказалась очень верной, но эти светящиеся объекты не полностью соответствуют этим теориям», — объясняет ведущий автор исследования Бинцзе Ван).
Маленькие галактики, в которых скрываются "сверхмассивные" черные дыры?
Для проведения наблюдений и анализа ученые использовали спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на JWST и суперкомпьютер Roar в Институте вычислений и обработки данных Пенсильванского университета. NIRSpec — это многообъектный спектрометр, который может одновременно получать спектры более чем ста объектов с различным спектральным разрешением. Устройство могло работать еще 13,5 миллиардов лет назад, то есть почти до рождения Вселенной.
Однако даже с разрешением JWST спектральный анализ таких далеких периодов во Вселенной представляет собой серьезную проблему, поскольку трудно точно различить исходные объекты. Три объекта, изученные командой, явно демонстрируют характеристики сверхмассивных черных дыр и массивных старых звезд.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Однако неясно, какая именно часть наблюдаемого света исходит от этих двух компонентов. Другими словами, трудно отличить свет, исходящий от аккреционного диска черной дыры, от света, излучаемого звездами, составляющими изучаемый объект.Исследователи заявили, что результаты показывают, что эти галактики могут быть примитивными и чрезвычайно массивными галактиками, которые сформировались намного раньше, чем предсказывает модель, или это могут быть галактики стандартной массы со «сверхмассивными черными дырами», имеющими массу примерно 100-100%. В 1000 раз больше массы. «Невозможность определить различия в текущих данных оставляет много возможностей для интерпретации этих интересных объектов», — сказал Ван.
Чрезвычайно плотные звездные популяции
Если часть света исходит от сверхмассивных черных дыр, то это не обычные сверхмассивные черные дыры. Фактически, они производят гораздо больше УФ-фотонов, чем обычные фотоны. Другие объекты с похожими фотонными свойствами были обнаружены и раньше, но они не имели свойств сверхмассивных черных дыр.
Самое удивительное, по словам исследователей, — это их невероятная масса. Обычно галактика и сверхмассивная черная дыра в ее центре эволюционируют вместе в течение своей жизни. Однако черные дыры, обнаруженные исследователями, располагаются в центрах небольших галактик, когда они созрели и кажутся полностью сформировавшимися. «Не совсем логично, что эти объекты должны развиваться вместе, по крайней мере, мы так думаем», — сказал Леза.
Более того, количество звезд там было настолько плотным, что оно могло образоваться только в причудливых условиях того времени. Если мы перенесем эту звездную плотность на наш Млечный Путь, то ближайшая к Земле звезда будет находиться в нашей Солнечной системе, а сверхмассивная черная дыра в ее центре находится всего в 26 световых годах от нас (по сравнению с 26 000 световыми годами в действительности) в небе появится огромный столб света. Более того, эти интересные галактики, по-видимому, являются признаком ранней Вселенной, поскольку их формирование, по-видимому, прекратилось через миллиарды лет по какой-то загадочной причине.
В ближайшем будущем исследователи планируют расширить сферу своих наблюдений, направив телескоп на эти объекты в течение длительных периодов времени. Это позволит им подтвердить, являются ли они первичными, чрезвычайно массивными галактиками или галактиками нормальной массы со «сверхмассивными» черными дырами.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.