Телескоп «Джеймс Уэбб» продолжает обнаруживать объекты, которые, казалось бы, не мог бы увидеть. Например, сверхмассивную чёрную дыру, которая, судя по всему, возникла до того, как сама галактика, содержащая её, определилась со своей структурой.
Это перечёркивает принятый сценарий.
В течение многих лет общепринятая космологическая хронология была достаточно простой. Звёзды рождаются. Звёзды умирают. Их коллапсирующие ядра превращаются в звёздные чёрные дыры. Они поглощают вещество. Они сливаются. За миллиарды лет агрессивного «жорства» они вырастают до сверхмассивных монстров, которые якорями держат центры современных галактик. Это был линейный, терпеливый процесс.
Но «Уэбб» сообщает нам, что мы ошиблись в последовательности событий.
«Маленькие красные точки»
Ещё в 2022 году астрономы, работающие с JWST, обнаружили нечто странное в данных. Компактные пылевые сгустки, которые они в шутку назвали Маленькими красными точками. Сначала они подумали, что это может быть новый тип галактик. Затем они поняли, насколько распространены были эти объекты в ранней Вселенной, только чтобы исчезнуть примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.
Но главная новость — не в самих точках. А в том, что внутри них находится.
Астрономическая обсерватория стоимостью 10 миллиардов долларов обнаружила сверхмассивные чёрные дыры, существовавшие в те времена, когда Вселенная была ещё буквально младенцем — моложе 1 миллиарда лет. Вот в чём проблема. Известные «рецепты» роста, включающие поглощение газа или слияние с более мелкими чёрными дырами, просто не успевают сработать за такой срок. Чёрная дыра, в миллионы раз массивнее нашего Солнца, не должна существовать в столь раннюю эпоху. Математически это грубо.
Новое исследование предлагает радикальное решение: эти чёрные дыры не начинали свой путь маленькими. Они родились огромными. Сразу. Без необходимости предварительного коллапса массивной звезды, без ожидания миллионов лет. И, что критически важно, без необходимости поглощать материю из галактики-хозяина, которая ещё не завершила свою сборку.
«Это смена парадигмы», — говорит Роберто Майолино из Кембриджского университета. «Полный пересмотр классических сценариев».
Они опубликовали эти результаты в журналах Nature и MNRAS. Это точно не случайное наблюдение.
Эйнштейн проделал тяжёлую работу
Чтобы доказать эту гипотезу, команда сосредоточила внимание на одной конкретной Маленькой красной точке: Abell2744-QSQ1.
Ей 700 миллионов лет с момента Большого взрыва. Её свет шёл более 13 миллиардов лет, чтобы достичь нас. Объект крошечный — всего около 1300 световых лет в поперечнике, — но он «громкий».
Изучать его в обычных условиях было бы невозможно. Если бы не Эйнштейн.
Гравитационное линзирование исказило свет от QSO1. Скопление Пандора (Abell 2744), расположенное между нами и далёкой точкой, действовало как увеличительное стекло. Искажая пространство-время. Изогнув пути света. Это позволило «Уэббу» рассмотреть детали, которые в ином случае растворились бы в невидимости.
Изначально данные предполагали, что QSO1 содержит чёрную дыру массой в 40 миллионов масс Солнца, окружённую облаком водорода и гелия. Но предыдущие измерения чёрных дыр ранней Вселенной были косвенными догадками, основанными на том, как ведут себя чёрные дыры в локальной Вселенной. Опасное предположение. Возможно, во младенческой Вселенной действуют другие правила.
Поэтому они проверили движение газа.
Используя инструмент NIRSpec телескопа JWST, они построили карту движения газа вокруг центральной массы. Если бы масса была распределена — например, как скопление звёзд, слипшихся вместе, — газ двигался бы хаотично. Вместо этого газ демонстрировал идеальное кеплеровское движение. Он орбитировал единую плотную центральную массу точно так же, как планеты вращаются вокруг Солнца.
Что означает: масса не распределена. Она сосредоточена. Вся целиком.
«Игнас Юоджбалис, соавтор исследования, выразился прямо: если бы там было много звёзд, мы бы не видели такой ротации. Газ ведёт себя так только тогда, когда в центре есть одна массивная гравитационная якорь».
Наконец-то они смогли взвесить её. Прямо.
Рождённые гигантами
Результат составил 50 миллионов солнечных масс.
А вот что самое интересное: эта одна чёрная дыра составляет 66% от общей массы Маленькой красной точки.
В нашей современной локальной Вселенной сверхмассивные чёрные дыры составляют крошечную долю массы своей галактики. QSO1 переворачивает это соотношение в тысячи раз. Чёрная дыра — не пассажир в галактике. Галактика в настоящее время формируется вокруг чёрной дыры.
Что оставляет один настойчивый вопрос: откуда она взялась?
Вариант с коллапсом звезды отпадает. Математика не поддерживает постепенное кормление. Команда склоняется к двум теориям. Во-первых, она выросла из «тяжёлого семени», образованного прямым коллапсом облака газа и пыли. Во-вторых, она была рождена в первые хаотичные моменты самого Большого взрыва посредством механизма, который физика пока ещё не назвала.
В любом случае, последовательность событий, которую мы учили из учебников, выглядит как вымысел. Хозяин прибыл на вечеринку с опозданием.
Команда считает, что QSO1 — не единичный сбой. Они подозревают, что большинство Маленьких красных точек обладают этой особенностью: сначала чёрная дыра, потом галактика. Теперь они планируют проверить остальные объекты. Посмотреть, не нарушает ли Вселенная постоянно собственные правила.
