Астрономы столкнулись с загадкой, бросающей вызов современным представлениям о формировании Вселенной. Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» обнаружили в ранней Вселенной сверхмассивную черную дыру, существование которой противоречит общепринятым космологическим правилам. Объект был найден в галактике Abell 2744-QSO1, которая существовала всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Неожиданностью стала не только древность черной дыры, но и ее колоссальная масса, примерно в 50 миллионов раз превышающая массу Солнца, при этом окруженная поразительно небольшим количеством звезд.
Это открытие ставит под сомнение базовый принцип, согласно которому сначала формируются звезды и галактики, и лишь затем, в результате гибели наиболее массивных звезд, возникают черные дыры, которые затем медленно растут, поглощая материю. В случае с QSO1 черная дыра оказалась чудовищно большой, в то время как ее родная галактика содержит крайне мало звездной массы. Такое явное несоответствие заставило ученых искать альтернативные объяснения.
Международная группа исследователей во главе с Боюанем Лю из Кембриджского университета обратилась к гипотезе, предложенной еще Стивеном Хокингом и Бернардом Карром в 1970-х годах. Речь идет о возможности существования первичных черных дыр, которые образовались не из умирающих звезд, а непосредственно из экстремальных флуктуаций плотности материи в первые мгновения после рождения Вселенной. Хотя большинство подобных объектов, если они и возникали, должны были быть очень маленькими, ученые проверили, мог ли выжить и быстро вырасти хотя бы небольшой их процент.
Команда создала сложные компьютерные симуляции, моделирующие поведение газа вокруг изначально массивной «затравки» первичной черной дыры, последующее формирование звезд поблизости и подпитку черной дыры веществом от взрывов этих звезд. Результаты новых, более детальных расчетов показали удивительное совпадение с реальными данными «Джеймса Уэбба»: они воспроизвели и конечную массу черной дыры, и скудное звездное население, и химический состав галактики QSO1.
Как подчеркивают авторы, это исследование не доказывает, что найденная черная дыра является первичной, но демонстрирует, что такое происхождение соответствует наблюдениям, в то время как стандартные теории сталкиваются с серьезными трудностями в ее объяснении. Для подтверждения гипотезы необходимы дальнейшие наблюдения за другими аналогичными объектами с помощью JWST. Однако остаются и нерешенные вопросы, например, каким образом первичные черные дыры могли достигнуть такой огромной массы так быстро и какие экстремальные условия требовались для их рождения.
Исследование доступно в препринте на сервере arXiv.