Астрономы изучают таинственный объект, сияющий в глубинах космоса. Он может быть старше самих звёзд
Изучение происхождения нашей Вселенной — это в некотором роде сражение с фундаментальными сущностями типа вопроса о курице и яйце. Мы знаем, что Большой Взрыв произошёл. Космологи видят его послесвечение в небе. Но никто не знает, существовали ли законы физики или даже само время до этого момента. Мы также не можем сказать точно, что случилось потом. Очерёдность, в которой формировались небесные объекты в самой ранней Вселенной — предмет бурных обсуждений.
Долгое время после Большого Взрыва не могло образоваться почти ничего. Всё пространство было пронизано бурлящей плазмой. Слишком жарко и хаотично, чтобы какая-либо структура могла сформироваться. Прошли сотни тысяч лет, прежде чем даже крошечный атом водорода смог бы не развалиться. Ещё через 100 миллионов лет или около того огромные облака водорода сконденсировались, и вспыхнули, появившись на свет, первые звёзды. Большинство космологов считает, что эти звёзды были первыми крупными, свободно плавающими структурами, которые осветили нашу Вселенную, и что чёрные дыры появились позже. Но некоторые предположили, что всё было наоборот.
В глубине неба, за пределами самых древних полностью сформировавшихся галактик, астрономы теперь нашли загадочный и колоссальный объект, который может быть первичной чёрной дырой. В начале этого месяца команда исследователей опубликовала его анализ, основанный на наблюдениях космического телескопа «Джеймс Уэбб». Если их выводы подтвердятся, стандартный взгляд на эволюцию Вселенной потребует серьёзного пересмотра.
Задолго до того, как мы увидели чёрные дыры в реальности, они были теоретическими объектами, продуктами научного воображения. В 1783 году английский натуральный философ Джон Мичелл предположил существование «тёмных звёзд» — объектов с такой концентрированной массой, что свет не может вырваться из их гравитационного поля. Мичелл исходил из законов Ньютона. Более чем 100 лет спустя Карл Шварцшильд и Роберт Оппенгеймер привели его идею тёмной звезды в соответствие с теорией относительности Эйнштейна. Они показали, как сверхплотная звезда может продолжать сжиматься, пока пространство-время не изогнётся само на себя, запирая свой свет в чёрной дыре.
Вся эта работа была проделана на классных досках и в записных книжках. Чёрные дыры оставались гипотетическими понятиями до 1972 года, когда астрономы подтвердили, что фактически обнаружили одну. В последующие десятилетия эти экзотические объекты стали находить по всему небу. Люди видели и маленькие, и большие чёрные дыры. Они уловили крошечную рябь пространства-времени, исходящую от двух сталкивающихся чёрных дыр. Они узнали, что в большинстве, если не во всех, галактиках в центре есть чёрная дыра. Сверхмассивная дыра в центре Млечного Пути выбрасывает струи частиц, которые расширяются в огромные пузыри. Эти пузыри, по-видимому, помогают регулировать звёздообразование и другие космические процессы здесь, в единственной известной нам галактике, где есть жизнь.
Большинство обнаруженных астрономами чёрных дыр, похоже, являются коллапсировавшими звёздами. Но некоторые теоретики, включая Стивена Хокинга, предполагали, что во Вселенной могут быть и другие их виды. Во время инфляции — процесса расширения, который, теоретически, произошёл сразу после Большого Взрыва — квантовые флуктуации могли заставить большие области космоса спонтанно схлопываться, образуя чёрные дыры ещё до появления каких-либо звёзд. Но космологи испытывали трудности с объяснением механизмов, которые могли бы породить столь крупные флуктуации. Если таинственный объект, найденный телескопом «Джеймс Уэбб», действительно является первичной чёрной дырой, им придётся вернуться к своим доскам и блокнотам.
Уже то, что мы можем хоть мельком взглянуть на что-то из ранней Вселенной, — это технологическое чудо. Телескоп «Уэбб» заметил этот объект далеко в тёмной области за последними видимыми галактиками, где светятся, вероятно, только протогалактики и другие космические штуковины на разных стадиях формирования. Даже когда чёрные дыры находятся близко к нам, их может быть трудно обнаружить, потому что они поглощают свет. Чтобы увидеть чёрную дыру, астрономы полагаются на чудовищное «насилие», которое она учиняет над близлежащей материей, которая испускает искры в виде электромагнитного излучения. Но если этот объект — тоже чёрная дыра, то вокруг неё не так много материи, поэтому она не испускает много искр. (В космологических терминах, она почти «голая»). Большая часть того, что астрономы видят в её окрестностях, — это водород и гелий, оставшиеся после Большого Взрыва, — не то, что вы ожидали бы от чёрной дыры, сформировавшейся из коллапсировавшей звезды.
Нам потребуется ещё много наблюдений и, вероятно, более крупный космический телескоп, чтобы точно узнать, является ли она первичной чёрной дырой. В конце концов, наши изображения этого объекта сделаны с другого края наблюдаемой Вселенной. Их с трудом можно назвать размытыми снимками, и их анализ ещё не прошёл независимую проверку. Питер Коулс, теоретический космолог из Ирландского университета Мэйнута, отметил, что этот объект может быть каким-то другим странным небесным телом. Другие космологи предположили, что это может быть чёрная дыра, которая сформировалась напрямую из газового облака, не став сначала звездой. А может быть, это нечто совершенно иное. На переднем крае астрономии новые заманчивые наблюдения часто оказываются миражом.
Возможно, мы узнаем, что это наблюдение было истолковано неверно. Мы можем найти окончательное доказательство того, что звёзды старше чёрных дыр, как долго предполагали космологи. Но даже в этом случае чёрные дыры сохранят некоторые притязания на онтологическое первенство, потому что они существуют гораздо дольше. С их точки зрения, звезда — это всего лишь переходная стадия, хризалида. Если Вселенная продолжит расширяться, как предсказывают космологи, наступит день, когда звёздообразование полностью прекратится. Спустя десятки триллионов лет после этого последние звёзды потухнут. Когда этот последний звёздный уголёк остынет и померкнет, эпоха чёрных дыр всё ещё будет переживать свои ранние дни. Чёрные дыры будут существовать гораздо, гораздо дольше, чем весь световой век звёзд. Из всех форм, которые принимает этот космос, они будут одними из самых долговечных. В определённом смысле, эта Вселенная принадлежит им.
Источник: habr.com
