От редакции. Телескоп Джеймса Уэбба обнаружил чёрную дыру массой 50 миллионов Солнц, которая существовала уже через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Это само по себе проблема для астрофизики — стандартные модели не объясняют, как такая махина успела сформироваться так рано. Но новое исследование показывает нечто более странное: эта чёрная дыра появилась раньше своей собственной галактики. И составляет огромную долю её массы — до такой степени, что местные соотношения, наблюдаемые в современной Вселенной, здесь не работают. Астрофизики называют это «парадигмальным сдвигом». Вопрос, который остаётся за рамками официальных пресс-релизов: если чёрные дыры могут предшествовать своим галактикам, то что ещё в стандартной космологической модели перевёрнуто с ног на голову?

Чёрная дыра массой 50 миллионов Солнц появилась раньше своей галактики

Астрофизики понимали рост сверхмассивных чёрных дыр так. Массивная звезда в галактике коллапсирует в чёрную дыру в конце своей жизни. Чёрная дыра звёздной массы растёт за счёт аккреции окружающего материала и слияния с другими чёрными дырами звёздных масс. Галактики сливаются, и их чёрные дыры сливаются вместе с ними. В конце концов процесс создаёт крупные галактики со сверхмассивными чёрными дырами массами в миллиарды Солнц. Базовая схема была очерчена.

Телескоп Джеймса Уэбба нашёл объект, который ломает эту схему. Объект называется Abell2744-QSO1. Это прототипичная «маленькая красная точка» — класс объектов, обнаруженных Уэббом в ранней Вселенной. QSO1 существовал через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Его размер — всего 1300 световых лет в поперечнике. Но внутри этого крошечного пятна находится чёрная дыра массой 50 миллионов Солнц. И эта чёрная дыра, судя по данным, предшествует своей собственной галактике.

До этой работы первоначальные наблюдения показывали, что чёрная дыра в QSO1 имеет массу 40 миллионов Солнц. Но астрономы не были уверены в измерении, потому что не привыкли находить такие массивные чёрные дыры так рано во Вселенной. Если чёрная дыра настолько массивна, она должна влиять на окружающий газ измеримым образом. Исследователи использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона на телескопе Уэбба, чтобы определить гравитационное воздействие чёрной дыры на окружающий газ и картировать различные элементы, присутствующие в этом газе. Измерения показали, что чёрная дыра имеет массу 50 миллионов Солнц. На 10 миллионов больше, чем предполагалось.

Но не только масса оказалась проблемой. Измерения показали нечто ещё более странное. Чёрная дыра составляет огромную долю массы галактики. В современной Вселенной соотношение массы чёрной дыры к массе её галактики подчиняется устойчивой локальной шкале. QSO1 лежит на порядки выше этой шкалы. Он более массивен по отношению к своей галактике, чем даже самые экстремальные источники, обнаруженные Уэббом до сих пор. «Это замечательное открытие, — говорит Роберто Майолино из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, ведущий автор одного из двух исследований. — Это парадигмальный сдвиг. Полный пересмотр классических сценариев того, как чёрные дыры формируются и растут».

Второе исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, добавляет ещё один слой странности. Галактика, в которой находится чёрная дыра, почти не обогащена тяжёлыми элементами. Она химически неэволюционирована. «Для большинства моделей трудно объяснить такую химически неразвитую систему, содержащую чёрную дыру, которая уже настолько массивна», — пишут авторы.

Что это означает для стандартной космологии? Иерархическая модель роста — сначала галактика, потом чёрная дыра, которая постепенно набирает массу — не работает. Здесь чёрная дыра либо сформировалась первой, либо росла настолько быстро, что галактика просто не успела за ней. Ни один из сценариев не вписывается в существующие модели. Астрофизики уже несколько лет бьются над загадкой ранних сверхмассивных чёрных дыр, обнаруженных Уэббом. Новое измерение не решает загадку. Оно делает её глубже.

«Это феноменальный результат, — говорит Майолино. — Это первое прямое измерение массы чёрной дыры в пределах первого миллиарда лет после Большого взрыва». Прямое, а не косвенное. Без предположений, основанных на локальной Вселенной. И оно подтверждает предыдущие косвенные измерения. Чёрные дыры были огромными уже тогда. И они не следовали правилам, которые астрофизики для них написали.

Вопрос остаётся открытым. Если чёрная дыра может предшествовать своей галактике, то что ещё в стандартной картине эволюции Вселенной поставлено с ног на голову? Может ли быть, что чёрные дыры — не результат формирования галактик, а их причина? И что тогда запускало процесс в самом начале, когда не было ни галактик, ни первых звёзд? На эти вопросы у новой парадигмы пока нет ответов. Есть только объект, который эти вопросы заставляет задавать.