Космическая курица или яйцо? Телескоп Джеймса Уэбба разгадывает тайну того, что появилось первым во Вселенной

На протяжении десятилетий астрофизика задавалась вопросом, что же первым сформировалось в раннем космосе: галактики или гигантские черные дыры в их центрах?

Теперь, благодаря беспрецедентной мощности космического телескопа Джеймса Уэбба, наука, похоже, разгадала эту великую загадку сотворения мира, продемонстрировав, что законы микрокосма и макрокосма снова совпадают.

Подтверждение этому пришло после того, как международная группа астрономов впервые получила прямое измерение массы черной дыры в ранней Вселенной. Результаты показывают нечто, что бросает вызов устоявшимся моделям: этот космический гигант существовал задолго до того, как завершилось развитие его собственной галактики.

«Яйцо» появилось раньше «курицы». Смена парадигмы на расстоянии 13 миллиардов световых лет.

Обнаруженное вещество находится в галактике Abell2744-QSO1, крошечной галактике, расположенной более чем в 13 миллиардах световых лет от Земли. Наблюдая за этим объектом, существовавшим всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва, телескоп Уэбба обнаружил сверхмассивную черную дыру с массой, эквивалентной 50 миллионам солнц.

«Это замечательное открытие, — сказал Роберто Майолино, исследователь из Кембриджского университета и соавтор исследования, опубликованного в журналах Nature и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . — Это смена парадигмы, полный пересмотр классических сценариев образования и роста черных дыр». Традиционная теория предполагала, что сначала образовались галактики. Согласно этой предпосылке, массивные звезды поглощали свое топливо, коллапсировали и создавали небольшие черные дыры, которые затем сливались и поглощали материю, пока не становились гигантскими.

Однако эта классическая модель оставляла пробел в объяснении: математически было невозможно, чтобы они выросли до таких размеров и так быстро в такой молодой Вселенной.

Планетарный танец, раскрывающий тайну

Ключ к разгадке тайны заключался в приборе NIRSpec космического телескопа Джеймса Уэбба.

Ученые смогли составить карту движения газа, вращающегося вокруг черной дыры, и обнаружили, что он следует идеальному кеплеровскому вращению. То есть, он движется точно так же, как планеты нашей Солнечной системы вращаются вокруг Солнца.

И снова закономерность движения большой частицы отражает движение малой.

Игнас Юоджбалис, аспирант Кембриджского университета и один из руководителей исследования, объяснил значение этого движения:

«Это говорит нам о том, что большая часть массы QSO1 сосредоточена в черной дыре в его центре. Если бы масса была более распределена, как это было бы в случае множества звезд, газ не имел бы этого идеального кеплеровского вращения».

Благодаря этим измерениям скорости ученые подтвердили, что черная дыра составляет две трети от общей массы всей системы. Эта доля в тысячи раз больше, чем та, которая наблюдается в современных галактиках, где эти темные объекты составляют лишь ничтожную долю от общей массы своей галактической планеты.

Кроме того, химический анализ показал, что газ состоит почти исключительно из водорода и гелия, и содержит менее 0,5% тяжелых элементов, характерных для зрелых, звездных галактик. Это демонстрирует, что окружающая среда исключительно нетронута и что черная дыра не возникла в результате коллапса предыдущих поколений звезд. Вместо этого гигант появился первичным образом, возможно, в первую секунду Большого взрыва или в результате прямого коллапса колоссального облака газа.

«Похоже, мы обнаружили черную дыру, у которой нет существенной галактики-хозяина и которая существовала до начала звездных процессов», — заключил Юоджбалис. Космический телескоп Джеймса Уэбба показал, что, по крайней мере на ранних этапах существования пространства-времени, история писалась в обратном порядке по сравнению с тем, что мы предполагали: сначала родилась колоссальная центральная черная дыра, и на этой первобытной стадии она формировала вокруг себя галактику.

источник