Космічний телескоп Джеймса Вебба ( JWST), чиї потужні камери дозволяють зазирнути в минуле до самих ранніх стадій Всесвіту, виявив у центрі надмасивну чорну діру, маса якої в 10 мільйонів разів перевищує масу Сонця . дитяча галактика через 570 мільйонів років після виникнення Всесвіту.
Космічний монстр міг бути лише однією з незліченних чорних дір, які ставали все більшими розмірами під час космічного світанку — періоду, який почався приблизно через 100 мільйонів років після Великого вибуху, коли молодий Всесвіт світився протягом мільярда років. Астрономи не впевнені, чому було так багато цих чорних дір або як вони стали такими великими. Дослідники, які знайшли останню чорну діру, опублікували свої висновки на сервері препринтів arXiv, але дослідження ще не було рецензовано.
«Це перша чорна діра, яку ми знаходимо на цьому червоному зміщенні [в момент часу після Великого вибуху], але їх має бути багато», — провідний автор дослідження Ребекка Ларсон, астрофізик з Техаського університету в Остіні, розповів Live Science. «Ми очікуємо, що ця чорна діра не утворилася [нещодавно], тому у Всесвіті повинно бути більше таких, які молодші та існували раніше. Ми тільки починаємо вивчати цей час космічної історії таким чином з JWST, і я радий, що ми знайдемо більше таких».
Чорні діри народжуються в результаті колапсу гігантських зірок і ростуть, безперервно поглинаючи газ, пил, зірки та інші чорні діри. Для деяких з ненажерливих просторово-часових розривів тертя спричиняє нагрівання матеріалу, що обертається по спіралі в їхні пащі, і вони випромінюють світло, яке можна виявити телескопами, перетворюючи їх на так звані активні галактичні ядра (AGN). Найекстремальніші AGN — це квазари, надмасивні чорні діри, які в мільярди разів важчі за сонце та викидають свої газові кокони світловими вибухами, які в трильйони разів яскравіші за найяскравіші зірки.
Оскільки світло поширюється з фіксованою швидкістю через космічний вакуум, чим глибше вчені дивляться у Всесвіт, тим віддалене світло вони перехоплюють і тим далі в часі бачать. Щоб помітити чорну діру, астрономи просканували небо за допомогою двох інфрачервоних камер — приладу середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) і камери ближнього інфрачервоного діапазону JWST — і використали вбудовані спектрографи камер, щоб розбити світло на його складові частоти.
Деконструювавши ці слабкі відблиски, надіслані з найдавніших років існування Всесвіту, вони виявили несподіваний сплеск серед частот, що містяться у світлі, — ключову ознаку того, що гарячий матеріал навколо чорної діри випромінює слабкі сліди випромінювання по всьому Всесвіту.
Як чорні діри так раптово утворилися в нашому молодому космосі, залишається загадкою. Астрономи все ще шукають ще молодші, гіпотетично «первісні» чорні діри, які виникли дуже скоро після — або, згідно з деякими теоріями, навіть до — Великого вибуху. Але поки що вони залишаються недосяжними.
Існує дві провідні теорії того, чому після Великого вибуху так швидко виросло так багато чорних дір: що вони є залишками гігантських зірок, які утворилися набагато швидше, ніж ті, які ми знаємо сьогодні, або що хвилясті хмари неймовірно щільного газу раптово зруйнувалися, щоб утворитися всепоглинаючі сингулярності в просторі-часі.
«Метод прямого колапсу повинен починатися з того, що більша кількість матерії в галактиці безпосередньо колапсує в чорну діру», — сказав Ларсон. «Це менш імовірно, але це займе менше часу, а на той момент, коли ми це спостерігали, його не було так багато».
Швидше за все, це так звана зірка Населення III — категорія гіпотетичних зірок, які були першими в історії Всесвіту і складалися лише з водню та гелію — які вибухнули й залишили чорну діру приблизно через 200 мільйонів років після цього. Великий вибух і «потім накопичив багато матеріалу досить швидко, а іноді зі швидкістю, яка перевищує стабільну», щоб збільшитися до розміру, який спостерігали дослідники, пояснив Ларсон.
Тепер дослідники почнуть працювати разом із командою, яка розробила MIRI, щоб сканувати ще сильніші сигнатури світла від далекої галактики. Ці викиди можуть містити додаткові підказки про те, як загадкова чорна діра утворилася в центрі галактики.
