Космический телескоп Джеймс Уэбб, возможно, наблюдал один из самых необычных объектов, когда-либо обнаруженных в ранней Вселенной: огромную сверхмассивную черную дыру, которая существовала до формирования собственной галактики. Это открытие, сделанное международной группой исследователей под руководством Кембриджского университета, ставит под сомнение одну из наиболее признанных моделей космической эволюции, согласно которой сверхмассивные черные дыры рождаются внутри галактик и медленно растут с течением времени.

 

Наблюдаемый объект называется Abell2744-QSO1 и относится к категории Little Red Dot — классу очень компактных и ярких источников, которые Уэбб обнаружил в первые миллиарды лет существования Вселенной. QSO1 существовал уже через 700 миллионов лет после Большого взрыва и содержит в центре сверхмассивную черную дыру массой примерно в 50 миллионов раз больше массы Солнца. Это открытие стало возможным благодаря спектроскопическим инструментам Уэбба, в частности NIRSpec, которые позволили проанализировать движение газа вокруг черной дыры. Исследователи обнаружили, что газ вращается в соответствии с кеплеровским движением — тем же типом движения, по которому планеты вращаются вокруг Солнца. Такое поведение указывает на то, что почти вся масса объекта сконцентрирована в центре, прямо в черной дыре. По данным команды, черная дыра составляет не менее двух третей общей массы всей системы. В близлежащих галактиках, напротив, сверхмассивные черные дыры составляют лишь небольшую долю галактической массы. По этой причине QSO1 может быть одним из первых прямых доказательств существования черных дыр, «рожденных большими», без прохождения через нормальную звездную эволюцию. Помимо измерения массы черной дыры, Уэбб позволил изучить также состав газа, присутствующего в QSO1. Наблюдения показывают, что среда образована почти исключительно водородом и гелием — самыми древними элементами Вселенной — с минимальным количеством более тяжелых элементов, таких как кислород или углерод. Эта деталь важна, потому что тяжелые элементы производятся звездами в течение их жизни и рассеиваются в космосе после взрывов сверхновых. Почти полное отсутствие этих материалов говорит о том, что вокруг черной дыры еще не сформировалось значительное звездное население. Согласно авторам исследования, QSO1 может представлять собой очень раннюю фазу рождения галактики, в которой черная дыра сформировалась раньше звезд. Это гипотеза, давно обсуждаемая в научном сообществе, но до сих пор не было достаточно подробных наблюдений, чтобы подтвердить ее. Особая яркость объекта помогла исследователям в наблюдениях. QSO1 оказывается усиленным и утроенным гравитационным линзированием — на изображениях Уэбба этот объект виден в трёх копиях — благодаря эффекту гравитационной линзы, создаваемой скоплением галактик Abell 2744, известным как Скопление Пандоры. Гравитация скопления искажает, увеличивает и умножает свет, исходящий от далекого объекта, позволяя Уэббу изучать его с большей точностью. Эти результаты были опубликованы в журналах Nature и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и представляют собой одно из самых точных измерений, когда-либо полученных для черной дыры в ранней Вселенной. С момента своего ввода в эксплуатацию Джеймс Уэбб трансформировал изучение ранней Вселенной. Одним из главных сюрпризов стало именно открытие многочисленных сверхмассивных черных дыр, уже присутствовавших через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Согласно классическим моделям, эти объекты должны формироваться из коллапса массивных звезд и медленно расти, накапливая материю или сливаясь с другими черными дырами. Однако времени в молодой Вселенной кажется слишком мало, чтобы объяснить такие высокие массы. По этой причине астрономы рассматривают альтернативные сценарии. Один из самых обсуждаемых — это так называемые тяжелые семена, начальные зародыши, гораздо более массивные, чем обычные звездные остатки. Другая возможность — прямое коллапсирование огромных облаков первичного газа без промежуточного формирования звезд. QSO1, похоже, совместим именно с этими моделями. Измерения, полученные Уэббом, показывают, что черная дыра родилась уже очень массивной и лишь впоследствии начала накапливать материал, необходимый для построения галактики вокруг себя. Исследовательская группа сейчас изучает другие подобные «маленькие красные точки», чтобы понять, было ли это явление распространенным в ранней Вселенной. Если это подтвердится, открытие может глубоко изменить наше понимание происхождения первых галактик и сверхмассивных черных дыр.