Одна из старейших во Вселенной. Ученые нашли огромную черную дыру, которая может изменить наше понимание о формировании галактик

На черную дыру COS-87259 падает огромное количество газа и пыли, а потому она активно «светит» энергией и выбрасывает в пространство избыток горячего материала. Из-за того что струя этого материала проходит через саму галактику, а пыль и газ «скрывают» часть этого излучения, COS-87259 не светит, как маяк, сквозь всю Вселенную. В результате увидеть ее можно только в среднем инфракрасном диапазоне — ученым удалось сделать это с помощью радиообсерватории ALMA (Atacama Large Millimeter Array) в Чили .

Формирование черных дыр

Как правило, ученые разделяют черные дыры на два вида — звездную массу и сверхмассивные. Первые обычно формируются после коллапса одиночной массивной звезды, у которой заканчивается топливо для термоядерного синтеза. Поэтому внутреннее давление уменьшается и, если звезда достаточно массивна, она коллапсирует — под влиянием гравитации ядро разрушается. Это приводит к яркому взрыву — такое явление ученые называют сверхновым — после которого и формируется черная дыра небольшого размера.

Что касается сверхмассивных черных дыр, то их происхождение до сих пор остается предметом дискуссий — причем вполне возможно, что верной будет не одна теория. Так, распространено мнение, что сверхмассивные черные дыры вырастают из сливающихся в одну меньших черных дыр. Причем, чем больше черная дыра, тем сильнее ее гравитация, которая притягивает к себе не только пыль и газ внутри галактики, но и другие звезды и черные дыры.

Наблюдения за ранней Вселенной показывают, что сверхмассивные черные дыры формировались уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва. Удивительно, ведь этого времени крайне мало для появления таких огромных объектов.

Поэтому многие исследователи также предполагают, что сверхмассивные черные дыры могут формироваться вследствие прямого коллапса, только вместо одной звезды черную дыру формирует гигантское облако газа. Для этого нужны уникальные условия, как наличие большого количества холодного газа, однако эта теория пока не подтверждена.

Что не так с «новой» черной дырой?

Черная дыра COS-87259, процесс поиска и исследования которой описан в журнале Monthly Notices of The Royal Astronomical Society, может стать доказательством этой теории. До сих пор подобных объектов в ранней Вселенной не наблюдалось, поэтому эта находка может помочь исследователям понять, как сверхмассивные черные дыры успели так быстро набрать массу.

Интересно то, что черная дыра находится на участке неба, которую ученые уже неоднократно использовали для изучения молодой Вселенной. Однако до сих пор подобных объектов в ранней Вселенной не наблюдалось. Новое открытие важно для разгадывания одной из самых интригующих загадок в космологии: как сверхмассивные черные дыры успели так быстро набрать массу.

Считается, что для появления первых черных дыр должно было пройти достаточно времени, чтобы во Вселенной сначала появились первые звезды — согласно последним оценкам, это примерно 250−300 млн лет после Большого взрыва. Еще миллионы лет ушли бы на то, чтобы первые звезды начали умирать — и только тогда начали формироваться первые черные дыры. Тем не менее непонятно, как во Вселенной могли появиться сверхмассивные черные дыры, которые весят в миллиарды раз больше Солнца уже спустя 750 млн лет после Большого взрыва — согласно современным моделированиям, этого времени не хватило бы для формирования столь массивных объектов, которые были результатом слияния меньших черных дыр.

Однако исследователи, обнаружившие COS-87259, предполагают, что этот древний космический монстр может быть лишь одной из тысяч сверхмассивных черных дыр, спрятанных в ранней Вселенной.

Дело в том, что недавно другая команда астрономов нашла сразу шесть древних галактик, существование которых не вписывается в современную космологическую теорию. Они также были слишком массивны и хорошо сформированы как для такого относительно молодого возраста. Интересно, что эти галактики были очень плотными, с огромным количеством звезд.

Теоретически это может объяснить и появление первичных сверхмассивных черных дыр вроде COS-87259 — если представить, что эти звезды начали активно коллапсировать, а образовавшиеся небольшие черные дыры постепенно сливались в один гигант. Например, почти год назад астрономы нашли черную дыру GNz7q в галактике со звездами того же возраста, что и COS-87259, однако она была в 20 раз менее массивной и яркой, чем черная дыра из нового исследования.

Ученые уверены, что дальнейшие исследования схожих объектов помогут нам лучше понять не только эволюцию черных дыр, но и процесс рождения и развития ранних галактик.