Астрофизики раскрыли тайну сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной

В современной Вселенной работает строгое правило. В каждой галактике есть сверхмассивная чёрная дыра в центре. Её масса составляет от 0,1 до 0,5 процента от звёздной массы самой галактики. Это соотношение казалось незыблемым. Но телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в первые два миллиарда лет существования космоса — и увидел иное.

Там отношение массы чёрной дыры к звёздной массе галактики достигало 10-30 процентов. В некоторых случаях чёрные дыры весили больше, чем все звёзды их галактик вместе взятые. Учёные назвали эти структуры «галактиками со сверхмассивными чёрными дырами» (OBG). Как они могли вырасти так быстро — за считанные сотни миллионов лет после Большого взрыва?

Астрофизик Мухаммад Латиф из Университета Объединённых Арабских Эмиратов и его коллеги предложили объяснение. Эти чёрные дыры не прошли обычный путь — от звезды до коллапса. У них не было звёздных предшественников. Они сформировались сразу из газа, в результате прямого коллапса материи в первичных гало тёмной материи.

Компьютерное моделирование показало: эти гиганты росли в два раза медленнее предела Эддингтона — максимальной скорости поглощения материи, при которой излучение чёрной дыры не мешает ей самой падать внутрь. Прежние теории требовали сверхбыстрого поглощения, чтобы объяснить такую массу. Новые данные опровергают это.

Ключевой фактор оказался в другом. Излучение чёрной дыры нагревало газ в её родительской галактике, не давая ему остыть и превратиться в звёзды. Звёздообразование было подавлено. А мощные взрывы первых светил — так называемых звёзд населения III — выбрасывали металлы за пределы галактик, ещё сильнее замедляя их рост. Галактика оставалась маленькой. Чёрная дыра продолжала расти.

Количество обнаруженных OBG-объектов согласуется с предыдущими оценками плотности числа чёрных дыр прямого коллапса. По мнению Латифа, это позволяет предположить, что OBG-объекты могут быть естественной фазой эволюции в большинстве галактик, содержащих такие дыры.

В качестве доказательства точности модели учёные привели данные по двум галактикам, зафиксированным телескопом «Джеймс Уэбб», — GHZ9 и UHZ1. Их спектры практически полностью совпали с результатами симуляции. Массивные «семена» чёрных дыр, возникшие путём прямого коллапса, стали основой для крупнейших сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной.

Вопрос, который теперь предстоит решить: если в ранней Вселенной чёрные дыры росли быстрее галактик — означает ли это, что современное соотношение масс является не универсальным законом, а лишь результатом долгой эволюции, которая в первые миллиарды лет выглядела совершенно иначе? И сколько ещё аномалий скрывается в данных «Джеймса Уэбба», готовых опрокинуть привычные теории?