Астрономы, используя космический телескоп Джеймса Уэбба и рентгеновскую обсерваторию «Чандра», сделали поразительное открытие: они обнаружили чёрную дыру в галактике UHZ1, существовавшей, когда Вселенной было всего 470 миллионов лет. Масса этой чёрной дыры составляет около 40 миллионов солнечных масс — и это невероятно много для столь раннего этапа космической истории. Открытие ставит перед учёными важные вопросы: как такие гигантские объекты могли сформироваться так быстро после Большого взрыва?
Почему это удивительное открытие?
В обычных условиях чёрные дыры образуются в результате гибели массивных звёзд, которые оставляют после себя так называемые «семенные» чёрные дыры — с массой, как правило, в несколько десятков солнечных. Эти объекты затем могут расти, поглощая окружающий газ или сливаясь с другими чёрными дырами. Однако их рост ограничен пределом Эддингтона — теоретическим лимитом, определяющим, насколько быстро чёрная дыра может накапливать вещество до того, как излучение, возникающее в процессе аккреции, начнёт мешать дальнейшему притяжению материи.
Чтобы чёрная дыра в галактике UHZ1 достигла массы в 40 миллионов солнц менее чем за полмиллиарда лет, ей потребовалось бы либо нарушить предел Эддингтона, либо существовать в условиях, где этот предел не действовал. Это кажется маловероятным — и подталкивает исследователей к идее, что в ранней Вселенной могли существовать альтернативные пути формирования сверхмассивных чёрных дыр.
Прямой коллапс газовых облаков
Одна из наиболее обсуждаемых гипотез — прямой коллапс массивного облака газа, минуя фазу образования звезды. В эпоху ранней Вселенной материя состояла преимущественно из водорода и гелия. Ещё не было звёзд, не существовало тяжёлых элементов, а значит, не было привычного механизма охлаждения газа. Если такие облака были достаточно горячими, они могли не распадаться на более мелкие фрагменты, как это происходит при формировании звёзд, а сжиматься целиком, образуя массивную, звездообразную структуру с массой в тысячи солнечных.
Внутри этой структуры быстро формировалась первичная чёрная дыра, которая затем продолжала расти, поглощая окружающий материал, и в конечном итоге превращалась в сверхмассивный объект. Ключевым условием для такого сценария является отсутствие эффективного охлаждения газа, которое обычно происходит за счёт тяжёлых элементов или молекулярного водорода.
Однако возникает сложный вопрос: как в ранней Вселенной поддерживалась высокая температура газа, если звёзды, способные излучать нагревающее ультрафиолетовое излучение, ещё не существовали?
Неразгаданные механизмы
Сегодня астрофизики пока не могут точно объяснить, как в условиях молодой Вселенной можно было создать достаточно ультрафиолетового излучения, чтобы не дать газовым облакам охладиться и фрагментироваться. Одна из гипотез предполагает, что первыми источниками излучения стали звёзды, появившиеся на так называемом «космическом рассвете». Эти объекты могли излучать достаточно энергии, чтобы подогревать ближайшие облака газа, создавая условия для прямого коллапса.
Существуют и более экзотические версии. Некоторые теоретики допускают, что в процессе могла участвовать тёмная материя, которая каким-то образом преобразовывалась в энергию, способную нагревать газовые облака и препятствовать их распаду. Такая идея остаётся на грани спекуляции, но она подчёркивает, насколько мало мы пока знаем о ранней Вселенной и происхождении самых массивных структур.
Заключение
Обнаружение такой массивной чёрной дыры в галактике UHZ1 бросает вызов существующим моделям космической эволюции и требует переосмысления механизмов формирования сверхмассивных объектов. Возможно, в ближайшие годы благодаря телескопу Джеймса Уэбба и другим передовым инструментам мы сможем приоткрыть завесу над тайнами самой ранней эпохи нашей Вселенной.