Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) совершил удивительное открытие, обнаружив три необычных и невероятно массивных объекта в ранней Вселенной. Эти структуры существовали всего через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва, что составляет лишь около 5% от нынешнего возраста космоса. Анализ их спектров указывает на присутствие сверхплотных звездных скоплений и, что особенно интригует, на возможное существование сверхмассивных черных дыр. Это открытие ставит под сомнение современные космологические модели, которые не предсказывали появление столь сложных и массивных образований на столь раннем этапе развития Вселенной.
Неожиданная находка, нарушающая теории
В 2022 году астрофизики впервые идентифицировали эти объекты. Их спектральные данные содержали признаки древних звезд, которые, согласно общепринятым теориям, просто не успели бы сформироваться к тому времени. Еще более удивительным стало свидетельство наличия черных дыр, чья масса может в сотни или даже тысячи раз превышать массу черной дыры Стрелец A* в центре нашего Млечного Пути. Такое быстрое и масштабное образование противоречит стандартным сценариям эволюции галактик и черных дыр.
«Это очень загадочно», — отмечает соавтор исследования Джоэл Леха из Университета Пенсильвании. Он поясняет, что для объяснения этих объектов в рамках существующих моделей пришлось бы допустить их фантастически быстрое и раннее формирование. Изначально ученые предполагали, что обнаружили гигантские протогалактики, однако процессы звездообразования и связанная с ними обратная связь должны были ограничивать рост подобных структур, делая их появление в ту эпоху практически невозможным.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, было направлено на то, чтобы глубже понять природу этих загадочных объектов. Ученые подтвердили, что это действительно галактики, расположенные у самых истоков мироздания, и с высокой долей вероятности содержащие в своих центрах массивные черные дыры.
«Обнаружение популяций старых звезд в такой молодой Вселенной стало полной неожиданностью. Стандартная космологическая модель в целом очень успешна, но эти яркие объекты в нее не вписываются», — объясняет ведущий автор работы Бинцзе Ван.
Маленькие галактики, в которых скрываются "сверхмассивные" черные дыры?
Для своих наблюдений команда использовала спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на борту JWST, способный одновременно анализировать спектры сотен объектов. Обработка колоссальных объемов данных была выполнена с помощью суперкомпьютера Roar. Несмотря на беспрецедентные возможности телескопа, анализ света, путешествовавшего к нам более 13 миллиардов лет, остается чрезвычайно сложной задачей.
Спектры трех изученных объектов явно указывают на присутствие как сверхмассивных черных дыр, так и древних звезд.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Однако ключевая трудность заключается в том, чтобы точно определить, какая часть наблюдаемого излучения исходит от аккреционного диска черной дыры, а какая — от звездного населения галактики. Эта неопределенность оставляет пространство для нескольких гипотез.Исследователи предполагают два основных сценария: либо это примитивные, но невероятно массивные галактики, сформировавшиеся аномально рано, либо это галактики стандартной массы, но со «сверхмассивными» черными дырами, чья масса составляет от 100% до 1000% массы черной дыры Млечного Пути. «Невозможность четко различить эти компоненты в текущих данных оставляет широкий простор для интерпретации природы этих удивительных объектов», — говорит Ван.
Чрезвычайно плотные звездные популяции
Если часть света действительно порождается черными дырами, то это не обычные сверхмассивные черные дыры. Они излучают аномально большое количество ультрафиолетовых фотонов. Подобные объекты с избытком УФ-излучения обнаруживались и раньше, но у них не было признаков наличия столь массивных черных дыр.
Самым поразительным аспектом открытия является невероятная плотность и масса этих систем. В стандартных моделях галактика и центральная черная дыра эволюционируют совместно на протяжении миллиардов лет. Однако здесь мы видим полностью сформировавшиеся небольшие галактики, уже содержащие в своих центрах зрелые сверхмассивные черные дыры. «Не совсем логично, что эти объекты должны были развиваться вместе, по крайней мере, согласно нашим текущим представлениям», — отмечает Леха.
Звездная плотность в этих галактиках настолько высока, что для ее объяснения требуются экзотические условия ранней Вселенной. Для сравнения: если бы подобная плотность звезд существовала в Млечном Пути, то ближайшая к Земле звезда находилась бы внутри нашей Солнечной системы, а центральная черная дыра была бы всего в 26 световых годах от нас (вместо реальных 26 000 световых лет), освещая небо ослепительным сиянием. Интересно, что формирование таких галактик, по-видимому, прекратилось спустя несколько миллиардов лет, что добавляет еще одну загадку к их истории.
В ближайших планах исследователей — проведение более длительных наблюдений за этими объектами с помощью JWST. Это позволит собрать больше данных и, возможно, окончательно определить, являются ли они уникальными сверхмассивными первичными галактиками или же галактиками обычной массы со сверхкрупными черными дырами, что само по себе станет революционным открытием.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.