Гигантская черная дыра может быть остатком зарождения Вселенной.

Астрономов озадачила черная дыра, масса которой примерно в 50 миллионов раз превышает массу Солнца и которая не содержит звезд, обнаруженная космическим телескопом Джеймса Уэбба. Теперь же моделирование предполагает, что это может быть первичная черная дыра, нечто, чего мы никогда раньше не видели.

Необычно массивная черная дыра в самой ранней Вселенной может представлять собой экзотическую, беззвездную черную дыру, впервые теоретически предсказанную Стивеном Хокингом.

В августе Боюань Лю из Кембриджского университета и его коллеги с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружили странную галактику, существовавшую 13 миллиардов лет назад, получившую название Abell 2744-QSO1. Галактика, по-видимому, содержала огромную черную дыру, примерно в 50 миллионов раз превышающую массу Солнца, но была почти полностью лишена звезд.

«Это загадка, потому что традиционная теория гласит, что сначала образуются звезды или вместе с черными дырами», — говорит Лю. Обычно считается, что черные дыры образуются из очень массивных звезд, когда у них заканчивается топливо и они коллапсируют.

Лю и его команда провели несколько простых моделирований, которые показали, что QSO1 мог изначально образоваться из первичной черной дыры — экзотического объекта, впервые предложенного физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром в 1974 году. Эти объекты образовались бы не из звезды, а из флуктуаций плотности Вселенной вскоре после Большого взрыва.

К тому времени, когда мы сможем наблюдать за ними с помощью телескопа JWST, первоначальные черные дыры должны были в значительной степени испариться и исчезнуть, но есть вероятность, что некоторые из них могли сохраниться и вырасти в гораздо более крупные черные дыры, подобные QSO1.

Хотя расчеты Лю и его команды в целом совпали с их наблюдениями, они были простыми и не учитывали сложное взаимодействие между первичными черными дырами, газовыми облаками и звездами.

Теперь Лю и его команда провели более детальные симуляции того, как первичные черные дыры развивались в первые сотни миллионов лет существования Вселенной. Они рассчитали как движение газа вокруг небольшой, первоначальной первичной черной дыры, так и взаимодействие с ней новообразованных и умирающих звезд.

Их предсказания относительно конечной массы черной дыры и более тяжелых элементов в ней совпадают с тем, что они наблюдали для QSO1.

«Это не решающий вывод, но это интересная и в некотором смысле важная возможность», — говорит Лю. «Благодаря этим новым наблюдениям, которые обычные теории [образования черных дыр] с трудом воспроизводят, возможность существования массивных первичных черных дыр в ранней Вселенной становится более вероятной».

Моделирование показывает, что первичные черные дыры на самом деле могут быть жизнеспособным источником для QSO1, говорит Роберто Майолино из Кембриджского университета, который входил в команду, первоначально открывшую эту черную дыру. «Тот факт, что им удается сопоставить свойства с QSO1 как по массе черной дыры, так и по звездной массе и химическому обогащению, очень интересен и обнадеживает».

Однако, по словам Майолино, самые крупные сверхмассивные черные дыры в стандартных моделях первичных черных дыр обычно имеют массу около 1 миллиона солнечных масс. «Здесь же масса в 50 раз больше», — говорит он. «Тем не менее, верно и то, что эти первичные черные дыры, как ожидается, образуют сильные кластеры, и поэтому вполне возможно, что они смогли слиться и быстро стать намного массивнее».

Еще одна проблема заключается в том, что для первоначального коллапса и образования первичных черных дыр необходим выброс высокоэнергетического излучения, например, от взрывающейся звезды поблизости, но мы не видим никаких потенциальных источников вблизи QSO1, говорит Майолино.

arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2512.14066

Тайны Вселенной: Чешир, Англия

Проведите выходные в компании самых выдающихся ученых, исследуя тайны Вселенной в рамках увлекательной программы, которая включает в себя экскурсию к знаменитому телескопу Ловелла.

Узнать больше

Источник: www.newscientist.com