Недавно с помощью космических телескопов ученые открыли сотни очень древних странных объектов, которые назвали «маленькими красными точками». Они выглядели непохоже ни на какие другие, что породило множество версий об их природе. Авторы новой работы считают, что раскрыли загадку как минимум в одном случае — и по их мнению это галактика, где уже есть сверхмассивная черная дыра, но нет звезд, из которых она могла бы образоваться.
До XXI века классическая картина образования галактик была такой: сперва возникают первые массивные звезды, при их взрывах образуются черные дыры. Затем такие ЧД сливаются друг с другом и поглощают окружающий их газ, набирая массу и постепенно превращаясь в сверхмассивные — в миллионы, а то и миллиарды масс Солнца. В 2010-х годах к этой картине возникли серьезные вопросы. Многие галактики всего через миллиард лет после Большого взрыва уже имели крайне массивные черные дыры, хотя в самые первые сотни миллионов лет Вселенной даже звезды еще не успели зажечься.
Теперь в Nature опубликовали работу, ставящую под вопрос саму возможность образования первых сверхмассивных черных дыр из первых звезд Вселенной. Международная группа ученых показала, что объект Abell 2744−QSO1 — не просто черная дыра, массой не ниже 50 миллионов Солнц, но и объект, вокруг которого есть целая галактика. Только вот звездная масса этой галактики — меньше половины от массы ее центральной черной дыры.
Классический сценарий роста сверхмассивной черной дыры тут явно не работал. ЧД поглощает материю с определенной скоростью, которая не может быть превышена по чисто физическим причинам (предел Эддингтона). Телескопы видят Abell 2744−QSO1 таким, каким он был всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Довольно сложно представить, как за такое время черная дыра могла бы поглотить больше звезд и газа по массе, чем есть в окружающей ее галактике. Кроме того, астрономы в работе установили, что Abell 2744−QSO1 поглощает вещество значительно медленнее своего предела Эддингтона.
Авторы заключают: «Насколько нам известно, это… делает QSO1 самой «голой» массивной ЧД из когда-либо обнаруженных». Иными словами, эта галактика состоит в основном из черной дыры, вокруг которой меньше звезд, чем в любом другом известном объекте такой природы. В близких к нам регионах Вселенной соотношение массы черной дыры и окружающих ее звезд примерно в тысячу раз ниже.
Ученые констатировали, что это хорошо стыкуется с более ранними работами, согласно которым этот объект содержит чрезвычайно мало тяжелых элементов. Элементы тяжелее гелия и лития во Вселенной образовались в основном в результате эволюции звезд. Логично, что в галактике с минимумом звезд таких элементов почти нет.
Исследователи считают, что единственное реальное объяснение такой «маленькой красной точке» — это черная дыра так называемого «первичного формирования». То есть такая, которая возникла не из звезд, а образовалась в силу каких-то иных процессов. Кандидатами в такие процессы авторы посчитали «прямой коллапс» первичного газа в черные дыры, минуя стадию образования звезд. Или так называемые первичные черные дыры, образовавшиеся по неким причинам в первую же секунду после Большого взрыва, когда плотность вещества Вселенной была еще очень большой.
В то же время сценарий прямого коллапса требовал бы мощного УФ-излучения из этого района. Но никаких следов такого излучения там нет. В силу этого и крайне низкого содержания тяжелых элементов в этом районе, астрономы посчитали наиболее вероятным объяснением загадки Abell 2744−QSO1 первичную черную дыру. Правда, и тут есть сложность: большинство моделей образования первичных черных дыр показывают, что они возникли относительно маломассивными. Как они могли сливаться в первые 700 миллионов лет истории Вселенной так быстро, чтобы мы видели Abell 2744−QSO1 с массой в полсотни миллионов солнечных — понять непросто.
Исследователи предположили, что это может объясняться образованием первичных черных дыр в плотных скоплениях. Если те действительно очень плотные, черным дырам в них проще сливаться между собой. Слабость этого объяснения в том, что на сегодня все модели образования именно первичных черных дыр требуют привлечения экзотических механизмов, не вытекающих напрямую из доказанных физических теорий.
Но есть и такие модели эволюции Вселенной, в которых образование объектов, подобных Abell 2744−QSO1, происходит естественным образом без привлечения новых физических механизмов или теорий. В рамках гипотезы циклической Вселенной Николая Горькавого черные дыры переходят из одного цикла развития Вселенной в другой, то есть способны пережить Большой взрыв.
Хотя основная их часть имеет массу в несколько Солнц (как ЧД, чьи слияния регистрируют LIGO), часть из этих реликтовых черных дыр обладает большей массой уже с самого начала развития Вселенной. В итоге они становятся объектами, вокруг которых и возникают галактики — сперва в виде облаков газа, а затем и возникающих из них звезд.
По информации https://naked-science.ru/article/astronomy/galaktiku-gde-chernaya-dy
Обозрение "Terra & Comp".
