Астрономы обнаружили так называемые «сверхсверхмассивные» черные дыры — сверхмассивные черные дыры, которые, похоже, нарушают устоявшуюся зависимость между общей звездной массой родительской галактики и массой центральной черной дыры.
Ученые воспользовались инструментами космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб», чтобы исследовать 21 чрезвычайно далекую галактику, свет которых был испущен примерно 12-13,2 миллиарда лет назад. Анализ данных показал, что их центральные сверхмассивные черные дыры аномально массивны.
В современной Вселенной соотношение между массами сверхмассивной черной дыры и всех звезд ее родительской галактики составляет примерно 1:1000. Но в очень далеких галактиках, наблюдаемых «Джеймсом Уэббом», это массовое соотношение составляет 1:100, 1:10 и даже 1:1!
«В близлежащей Вселенной существует хорошо известная связь между массой центральной сверхмассивной черной дыры и массой звезд родительской галактики, — говорит Фабио Пакуччи, ведущий автор исследования из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Обычно масса [центральной сверхмассивной] черной дыры составляет около 0,1% от массы звезд. В далекой Вселенной это не так. «Сверхсверхмассивные» черные дыры — явно подходящее название».
«Джеймс Уэбб» и загадки Вселенной
«Джеймс Уэбб» позволил человечеству заглянуть «глубже» в раннюю Вселенную, но нам еще только предстоит увидеть зарождение одной из этих «сверхсверхмассивных» черных дыр. Однако исследование, проведенное командой Пакуччи, дает больше информации о том, как эти черные дыры зарождались и эволюционировали.
Согласно сценарию «легкого семени» (англ. «light seed»), сверхмассивные черные дыры образовались в результате гибели некоторых сверхмассивных звезд, масса которых в 10-100 раз превышала массу Солнца. Затем, спустя миллионы и миллиарды лет, они ощутимо «растолстели», поглощая окружающую материю и сливаясь с другими черными дырами. Сценарий «тяжелого семени» (англ. «heavy seed») предполагает, что сверхмассивные черные дыры с массой от 10 000 до 100 000 масс Солнца появились в результате прямого коллапса огромных газовых облаков.
«Некоторые исследования (многолетней давности) говорят о том, что если первые сверхмассивные черные дыры образовались как «тяжелые семена», то довольно часто их масса должна быть сопоставима со звездной массой их хозяев [родительских галактик], — поясняет Пакуччи. — Похоже, именно это мы и наблюдаем в данных Уэбба».
Это не первое свидетельство того, что сценарий «тяжелого семени» является наиболее вероятным сценарием зарождения сверхмассивных черных дыр. Предыдущие наблюдения, объединяющие инфракрасные данные «Джеймса Уэбба» и рентгеновские данные NASA «Чандры», также свидетельствуют в пользу этого сценария.
У нас нет никаких сомнений, что «сверхсверхмассивные» черные дыры, рожденные в ходе прямого коллапса газовых облаков, оказывали бы существенное влияние на всю галактику, что могло бы объяснить, почему их масса так велика (сопоставима с массой всех звезд).
«Эти «сверхсверхмассивные» могли образоваться из газовых облаков с массой, близкой к массе всех звезд родительской галактики, — говорит Пакуччи. — Затем эти сверхсверхмассивные черные дыры могли излучить столько энергии, что на некоторое время затормозили бы звездообразование. Такое сочетание причин может объяснить, почему мы наблюдаем с помощью Уэбба в основном «сверхсверхмассивные» черные дыры во Вселенной [в ее отдаленных областях], нарушая местное соотношение [связь между массами, наблюдаемую в близлежащей Вселенной, о чем сказано выше]».
Пакуччи и его коллеги уверены, что в скором времени с помощью «Джеймса Уэбба» можно будет точно установить, как образовались первые сверхмассивные черные дыры.
