Зміна парадигми в астрономії: Телескоп «Джеймс Вебб» виявив чорну діру, яка з'явилася раніше за свою галактику

Що з'являється першим — галактика чи чорна діра? Тривалий час науковці вважали, що спочатку формуються галактики, де масивні зорі спалюють своє паливо і колапсують у чорні діри, які згодом розростаються.

Джерело: phys.org

Проте за допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб» (JWST) астрономи виявили чіткі докази того, що деякі надмасивні чорні діри були величезними від самого початку. Співавтор дослідження Роберто Маоліно з Кембриджського університету назвав це фундаментальним зрушенням парадигми класичних сценаріїв космічної еволюції. Вчені дослідили унікальний об'єкт Abell2744-QSO1 (QSO1) — прототип «маленької червоної цятки», яка існувала всього через 700 мільйонів років після Великого вибуху. Світло від неї подорожувало понад 13 мільярдів років, а завдяки ефекту гравітаційного лінзування скупченням галактик Pandora's Cluster, астрономи змогли детально вивчити її структуру.

Використовуючи інфрачервоний спектрограф NIRSpec на телескопі «Вебб», дослідники побудували карту руху водневого газу навколо центрального об'єкта. Вони виявили, що газ має бездоганне кеплерове обертання — тобто рухається навколо однієї центральної точки точно так само, як планети нашої Сонячної системи обертаються навколо Сонця. Це свідчить про те, що майже вся маса об'єкта зосереджена саме в центральній чорній дірі, адже за наявності великої кількості зірок рух газу був би значно розсіянішим.

Завдяки простим законам гравітації вчені вперше в історії зуміли безпосередньо обчислити масу чорної діри в перші мільярди років життя Всесвіту. Результати виявилися приголомшливими: маса діри становить близько 50 мільйонів мас Сонця, що складає щонайменше дві третини від загальної маси всього об'єкта QSO1. Ця пропорція в тисячі разів перевищує показники сучасних сусідніх галактик, де надмасивні чорні діри становлять лише мізерну частку від загальної ваги своєї космічної системи.

Карти хімічного складу газу підтвердили ці висновки, показавши, що QSO1 майже повністю складається з чистого водню та гелію з мінімальним вмістом важких елементів на кшталт кисню. Рівень металічності тут становить менше ніж 0,5% від сонячного, що робить це середовище одним із найпервісніших серед усіх коли-небудь виміряних у космосі. Пряме вимірювання також підтвердило правильність попередніх непрямих методів розрахунку маси, довівши, що вчені не переоцінювали масштаби ранніх чорних дір.

Аномально велика маса чорної діри відносно її оточення доводить, що вона не могла утворитися поступово шляхом злиття дрібних об'єктів чи поглинання зоряної речовини. Натомість науковці отримали перші реальні підтвердження існування теоретичних «первісних» чорних дір прямого колапсу, які народилися з гігантської хмари газу або з «важкого насіння» в першу секунду після Великого вибуху. Схоже, цей космічний монстр з'явився раніше за зірки і зараз перебуває на ранній стадії розбудови власної галактики навколо себе.