Космический телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал черную дыру в галактике, образовавшейся всего через 570 миллионов лет после Большого взрыва. На текущий момент это самая удаленная черная дыра, известная астрономам. Ее обнаружение вызывает сомнения в современных моделях эволюции Вселенной.
Галактика расположена на невообразимо большом расстоянии от нашей планеты EGSY8p7, сформировавшаяся всего через полмиллиарда лет после Большого взрыва. Однако, она выделяется не только своей древностью, но и сверхмассивной черной дырой CEERS 1019 в центре. Во-первых, она древнейшая из всех пока обнаруженных, так как существовала уже через 570 миллионов лет после Большого взрыва. Во-вторых, ее масса лишь в семь миллионов раз превышает солнечную, тогда как масса других черных дыр ранней Вселенной зачастую в миллиард и более раз больше массы нашей звезды.
Большие размеры черных дыр в ранней Вселенной нередко связывают с тем, что на больших расстояниях легче наблюдать исключительно массивные сверхмассивные черные дыры. Черная дыра CEERS 1019, в этом смысле, больше похожа на черную дыру в Млечном Пути, которая обладает массой, в 4,6 миллиона раз превышающую массу Солнца. Однако, несмотря на относительно небольшие размеры, CEERS 1019 сформировалась удивительно быстро после начала существования Вселенной, что вызывает серьезные вопросы в теоретическом плане.
До недавнего времени астрономы считали, что малоразмерные черные дыры начали формироваться значительно позднее. Это объясняется тем, что их способность поглощать материю существенно ограничена: избыточное количество обычной материи вокруг приводит к трению частиц, что разогревает пространство вокруг черной дыры и препятствует ее поглощению, отталкивая материю.
С помощью данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» международной команде астрономов, опубликовавшей свои выводы на сервере препринтов arxiv.org, в результате проведенного анализа стало возможным не только установить, какие излучения исходят от черной дыры, а какие – от ее галактики, но и установить, что черная дыра поглощает значительное количество газа относительно своих размеров, а в галактике EGSY8p7, окружающей ее, происходят процессы активного звездообразования.
EGSY8p7 имеет вид трех отчетливых скоплений света, а не единого круглого диска, что позволяет предположить, что эта галактика могла сформироваться в результате слияния трех галактик меньшего размера. Именно они обеспечили черную дыру достаточным количеством газа, необходимого для активного звездообразования. Изучение ранней Вселенной долгое время оставалось преимущественно теоретическим, и теперь астрономам предстоит в полной мере использовать возможности телескопа «Джеймс Уэбб» для детального исследования космоса на огромных расстояниях и проведения точных измерений характеристик его объектов.
В перспективе наблюдения, полученные с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», могут помочь в понимании процессов формирования первых черных дыр и способствовать пересмотру существующих моделей, описывающих их рост и эволюцию на заре существования Вселенной.
На текущий момент очевидно, что черные дыры, подобные CEERS 1019, не могли возникнуть по тем же механизмам, что и черные дыры, обнаруженные в окрестностях Земли: для этого не было достаточно времени. Поэтому существует два основных подхода к разгадке тайны «слишком древних» черных дыр.
Существует гипотеза об их образовании в результате прямого коллапса множества протозвезд или небольших «первичных» черных дыр, расположенных в непосредственной близости. Однако, для реализации такого сценария требуются чрезвычайно малые расстояния между протозвездами или черными дырами, а также отсутствуют убедительные объяснения механизма их формирования.
Существование столь древних и массивных черных дыр указывает на возможность того, что наша Вселенная не образовалась в результате Большого взрыва мнению сторонников этой точки зрения, наша Вселенная — циклическая, претерпевающая сжатия с последующим расширением. Наиболее полная на сегодня теория из такого ряда изложена в вышедшей в 2023 году книге физика Николая Горькавого «Осциллирующая Вселенная».