Астрономы провели повторный анализ одной из «маленьких красных точек», идентифицированных телескопом «Джеймс Уэбб». В результате было установлено, что центральным элементом этой небольшой и очень древней галактики является черная дыра, обладающая массой в 50 миллионов солнечных масс. Примечательно, что общая масса остальной материи в окружающей ее галактике значительно меньше. Эти данные свидетельствуют о том, что формирование подобного объекта из звезд было невозможно: его возникновение произошло посредством какого-то иного механизма, противоречащего стандартной космологической модели.
За последние годы космический инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб» предоставил данные о нескольких объектах, которые, как ранее сообщалось на Naked Science, сложно объяснить в рамках общепринятой космологической модели. К ним относятся черные дыры с существенной массой, возраст которых превышает 13 миллиардов лет. Согласно стандартной космологической модели, все черные дыры возникают из звезд и изначально обладают массой, сопоставимой с несколькими солнечными массами.
Образование сверхмассивных черных дыр, обладающих массой в миллионы раз превышающую массу Солнца, возможно только в результате многочисленных слияний менее массивных черных дыр или аккреции газа и пыли из галактик. Однако в первые миллиарды лет существования Вселенной галактики не содержали достаточного количества газа и пыли, а слияния черных дыр происходили относительно редко, поскольку радиус гравитационного влияния обычной черной дыры значительно меньше солнечного).
Неудивительно, что эти открытия вызвали сомнения у многих ученых. Некоторые исследователи утверждали, что погрешность в определении масс черных дыр, существовавших в первые миллиард лет Вселенной, достигает ста раз, что может указывать на их меньшую массу и возможность формирования даже в рамках общепринятой космологической модели.
Теперь группа ученых вновь проанализировала одну из таких черных дыр, расположенную в активном галактическом ядре Abell 2744-QSO1. Наша аппаратура позволяет увидеть этот объект таким, каким он представал 13 миллиардов лет назад. В ходе исследования ученые опубликовали на сервере препринтов Корнеллского университета.
Они установили, что масса черной дыры в этом активном галактическом ядре превышает массу Солнца в 50 миллионов раз. Помимо этого, общая масса этой галактики оказалась меньше массы черной дыры, расположенной в ее центре. В связи с этим ученые дали ей прозвище «голая», подразумевая отсутствие привычного звездного окружения. Это представляется весьма необычным, поскольку, как правило, черная дыра способна поглотить лишь небольшую долю массы своей галактики. К примеру, в нашей галактике, обладающей массой, превышающей сто миллиардов солнечных, самая крупная черная дыра имеет массу всего в несколько миллионов солнечных (соотношение не выше, чем один к нескольким десяткам тысяч). В случае Abell 2744-QSO1 это соотношение оказалось выше, чем один к одному.
Анализ спектральных линий вещества, исходящего от Abell 2744-QSO1, выявил «молодость» этой галактики: в её составе присутствуют водород и гелий, но содержание тяжелых элементов крайне низкое. Исходя из этого, можно предположить, что там не происходило значительного числа взрывов сверхновых, в процессе которых формируются подобные элементы. Поскольку черные дыры возникают в результате взрывов сверхновых, создание местной сверхмассивной черной дыры из черных дыр меньших размеров в подобной ситуации представляется крайне затруднительным.
В работе авторы предлагают рассматривать объект, расположенный в области Abell 2744-QSO1, как вероятного представителя первичных черных дыр. Под такими объектами обычно подразумевают гипотетические образования, возникшие не в результате взрыва сверхновой звезды, а в результате непосредственного коллапса чрезвычайно плотного вещества в первые моменты существования Вселенной, менее чем за секунду после Большого взрыва.
Данная концепция, впервые предложенная Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым в 1966 году, также имеет недостатки. Для создания таких структур во Вселенной практически сразу после Большого взрыва требуется значительная неоднородность в распределении плотности. Появление этих неоднородностей предполагает наличие определенных физических механизмов, для которых до сих пор не удалось разработать общепринятые и не вызывающие дискуссий расчеты.
Существует альтернативное объяснение существования сверхмассивных черных дыр в первые миллиарды лет существования Вселенной – реликтовые черные дыры. В космологии отскока Вселенная многократно переживает циклы расширения после Большого взрыва, сменяющиеся сжатием и последующим взрывом. В рамках одной из таких космологических моделей черные дыры являются наследием предыдущего цикла выживают в период максимального сжатия пространства-времени и переходят в следующий цикл.