Самая далекая сверхмассивная черная дыра указала на пробелы в космологии

Она возникла слишком рано, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, и при этом очень массивна, а значит образовалась совсем не так, как ранее представляли себе астрономы

Иван Ортега

Астрономы начали обнаруживать черные дыры в галактиках, удаленных от нас на миллиарды световых лет.

Фото: NASA

Международная группа астрономов обнаружила черную дыру, существовавшую уже 13,2 миллиарда лет назад, через 690 миллионов лет после Большого взрыва. Факт обнаружения такого тела ставит под сомнение современные космологические взгляды на то, как черные дыры набирают массу. Соответствующая статья опубликована в Nature.

Обычно в центре любой галактики есть сверхмассивная черная дыра, масса которой колеблется от миллионов масс Солнца (как в центре нашей Галактики), до десятков миллиардов масс Солнца. Почему в одних галактиках черные дыры в тысячи раз тяжелее, чем в других — на сегодня неизвестно. Считается, что сверхмассивные черные дыры образовались также, как и обычные — из «схлопнувшихся» очень массивных звезд, массой до десятков солнечных. Затем они очень долго пожирали окружающие их газ и пыль и так набрали текущую массу.

Однако у этой теории несколько лет назад начали возникать нестыковки с реально наблюдаемыми объектами. Астрономы начали обнаруживать черные дыры в галактиках, удаленных от нас на миллиарды световых лет (то есть существовавших миллиарды лет назад, ибо столько времени свет от них шел к нам) — и эти черные дыры были массивнее, чем в окружающей нас современной Вселенной. При этом как они могли набрать свою сверхбольшую массу — было непонятно.

Новая работа заметно обострила эту проблему. Квазар ULAS J1120+0641 (активное ядро галактики, в центре которого и лежит сверхмассивная черная дыра) демонстрирует, что дыра массой в 800 миллионов солнц существовала уже через 690 миллионов лет после Большого взрыва. Однако в первые сотни миллионов лет после этого события звезды еще не успели сформироваться, а значит возникнуть черной дыре было просто не из чего. Даже если эпоха звезд началась через 400 миллионов лет после Большого взрыва, получается, что она набрала огромную массу от десятков до сотен миллионов солнц всего за считанные сотни миллионов лет. Современная астрофизика благодаря наблюдениям знает, что черные дыры не могут поглощать материю быстрее определенной скорости — она жестко ограничена определенными физическими механизмами.

Авторы работы отмечают, что текущие космологические представления о процессах образования черных дыр и тесно связанных с ними галактик нуждаются в пересмотре. В частности они предлагают обратиться к более ранним гипотезам, по которым черные дыры исходно имели массу хотя бы в 10 000 солнечных, а значит могли образоваться только из объектов много массивнее современных звезд. Либо же, предлагают исследователи, надо рассчитать какой-нибудь принципиально новый механизм поглощения материи черной дырой, такой, который хотя бы в теории позволял ей наращивать массу с немыслимой быстротой, нужной для образования сверхмассивных черных дыр за столь краткое время.