Международная группа астрономов получила данные, которые могут изменить представления о происхождении сверхмассивных черных дыр. С помощью телескопа Джеймса Уэбба ученые исследовали далекую галактику Abell2744-QSO1 и пришли к выводу, что расположенная в ее центре черная дыра сформировалась раньше самой галактики.
Объект находится примерно в 13 миллиардах световых лет от Земли и относится к числу самых ранних структур во Вселенной. Он существовал спустя всего около 700 миллионов лет после Большого взрыва.
Традиционные модели предполагают, что сначала возникают галактики, внутри которых формируются массивные звезды. После исчерпания запасов топлива такие звезды коллапсируют, образуя черные дыры, которые постепенно увеличиваются за счет поглощения вещества и слияний. Однако этот сценарий с трудом объясняет появление сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.
По словам Роберто Майолино из Кембриджского университета, новые результаты требуют пересмотра классических представлений о формировании и росте черных дыр. Ученый назвал открытие сменой научной парадигмы.
Исследованный объект Abell2744-QSO1 относится к классу так называемых «маленьких красных точек». Его наблюдение стало возможным благодаря эффекту гравитационного линзирования, создаваемому скоплением галактик Abell 2744, известным как скопление Пандоры.
Ранее предполагалось, что объект представляет собой облако водорода и гелия, окружающее сверхмассивную черную дыру массой около 40 миллионов Солнц. Для уточнения параметров астрономы изучили движение газа вокруг центрального объекта и распределение химических элементов в галактике.
Анализ показал, что водород вращается по кеплеровским орбитам вокруг компактного центра масс. Это позволило определить массу черной дыры с высокой точностью. Согласно расчетам, она составляет около 50 миллионов солнечных масс и содержит примерно две трети всей массы галактики.
Дополнительное исследование состава вещества показало, что галактика почти полностью состоит из водорода и гелия. Более тяжелые элементы, включая кислород, присутствуют в крайне малом количестве. Металличность объекта оказалась менее 0,5% от солнечной, что делает его одной из наиболее примитивных галактических сред, известных на сегодняшний день.
Соавтор исследования Козимо Маркончини из Флорентийского университета отметил, что работа стала первым прямым измерением массы черной дыры в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва.
Ученые считают, что столь крупная черная дыра не могла сформироваться путем постепенного слияния небольших объектов звездного происхождения. По мнению исследователей, наблюдения могут свидетельствовать о существовании так называемых первичных черных дыр или черных дыр прямого коллапса, существование которых ранее предсказывали теоретические модели.
Как отметил Игнас Юоджбалис из Флорентийского университета, обнаруженный объект, вероятно, существовал еще до начала активного звездообразования и не имел крупной галактики-хозяина.
Авторы исследования рассматривают два возможных сценария происхождения черной дыры. Согласно первому, она могла возникнуть из массивного зародыша в первые мгновения после Большого взрыва. Второй вариант предполагает образование объекта в результате коллапса гигантского облака газа. В обоих случаях черная дыра, вероятно, изначально обладала большой массой, а наблюдаемая сегодня галактика находится лишь на ранней стадии формирования вокруг нее.
Результаты исследования опубликованы в журналах Nature и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
