В процессе анализа данных, полученных космическим телескопом James Webb в рамках программы COSMOS-Web, Питер ван Доккум из Йельского университета и Габриэль Браммер из Копенгагенского университета выявили потенциально прорывное открытие.
Галактика ранней Вселенной, названная Infinity Galaxy («Галактика Бесконечность»), потенциально содержит первые прямые доказательства формирования сверхмассивной черной дыры. Предполагается, что она возникла в результате прямого коллапса газового облака – процесса, который долгое время оставался гипотетическим и никогда не был зафиксирован непосредственно.
Галактика обладает примечательной структурой: два плотных красных ядра, каждое из которых окружено звездным кольцом, формируют конфигурацию, напоминающую символ бесконечности. Обширная область ионизированного газа находится между ними, а в её центре расположена активная черная дыра, масса которой приблизительно равна массе миллиона Солнц. Она характеризуется быстрым ростом и излучает рентгеновское и радиоволновое излучение.
Определяющим фактором является расположение черной дыры — не в центрах галактических ядер, а непосредственно в центре системы. Это побудило исследователей к мысли, что она, возможно, образовалась на месте коллапса газового облака, возникшего в процессе слияния двух галактик. Подтверждение данной гипотезы станет первым прямым доказательством механизма формирования сверхмассивных черных дыр.
Две теории происхождения сверхмассивных черных дыр
Несмотря на то, что масса сверхмассивных черных дыр может достигать миллионов или даже миллиардов солнечных масс, их возникновение остается одной из наиболее важных нерешенных проблем космологии. В настоящее время существует два основных подхода к объяснению этого явления: теория «легких зародышей» и теория «тяжелых зародышей).
Первый тип черных дыр формируется в ходе гравитационного сжатия ядра массивной звезды, которое происходит после взрыва сверхновой. Эти черные дыры характеризуются относительно небольшой массой (до 1000 масс Солнца) и увеличиваются в размере, аккрецируя вещество и объединяясь с другими космическими телами. Тем не менее, для реализации подобного процесса требуется значительный промежуток времени, что не позволяет объяснить существование сверхмассивных черных дыр в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Существует альтернативная точка зрения, согласно которой черная дыра с массой до миллиона солнечных масс может сформироваться непосредственно из сжимающегося газового облака. Этот процесс происходит значительно быстрее, однако он сопряжен с трудностями: газ, как правило, распадается и превращается в звезды, а не в черную дыру. В связи с этим, выявление условий, способствующих прямому коллапсу, является важной задачей для астрономов.
Что произошло в Infinity Galaxy?
По мнению исследователей, при слиянии двух дисковых галактик, ставших основой для Infinity Galaxy, газ в них испытал значительное сжатие. Этот процесс мог привести к образованию сверхплотного газового скопления, которое затем схлопнулось, образовав черную дыру. Наличие ионизированного водорода вокруг черной дыры, а также ее активное поглощение вещества, проявляющееся в виде рентгеновского и радиоизлучения, являются подтверждением этой гипотезы.
Остается неясным, сформировалась ли черная дыра именно таким способом. Для подтверждения гипотезы необходимы дальнейшие научные изыскания.
Перспективная гипотеза, требующая проверки
Первоначальные результаты, полученные в Infinity Galaxy, выглядят перспективно, однако на данный момент они носят предварительный характер. Чтобы уточнить спектроскопические данные и проверить другие возможные объяснения, ученые получили дополнительное время для наблюдений с помощью телескопа James Webb. Среди альтернативных гипотез рассматривается возможность того, что черная дыра была выброшена из другой галактики, либо принадлежала невидимой карликовой галактике.
В случае подтверждения гипотезы, это станет первым прямым свидетельством формирования сверхмассивной черной дыры в результате непосредственного схлопывания газового облака. Кроме того, это позволит понять, как подобные объекты могли образоваться уже в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва.
Исследование принято к публикации в .