Астрономы открыли рекордно далекую и тяжелую сверхмассивную черную дыру - «Космос»

© Robin Dienel, courtesy of the Carnegie Institution for ScienceТак художник представил себе черную дыру, существовавшую во Вселенной почти сразу после ее рождения

МОСКВА, 6 дек – Новости Дня. Гигантские черные дыры, чья масса превышала солнечную в сотни миллионов раз, существовали уже через 700 миллионов лет после Большого Взрыва, что невозможно объяснить при помощи современных космологических теорий, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Астрономы обнаружили рекордно далекий квазар"Если взять большую звезду, превратить ее в черную дыру и заставить ее расти с максимальной скоростью с самого момента Большого Взрыва, мы никогда не сможем достичь отметки в 800 миллионов масс Солнца. Соответственно, эта черная дыра должна была родиться каким-то другим образом, и как это случилось, пока никто не знает", — заявил Роберт Симко (Robert Simcoe) из Массачусетского технологического института (США).

Проблемы с "лишним весом"

Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные черные дыры, чья масса может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально ученые считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их нормальные "кузины" – в результате гравитационного коллапса звезд и последующего слияния нескольких крупных черных дыр.

Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом – оказалось, что в них обитают черные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты, как показывают расчеты, просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы они родились маленькими — черные дыры не могут поедать бесконечно большое количество материи, и рано или поздно начинают "давиться", выбрасывая часть ее обратно еще до того, как она достигнет горизонта событий.

Ученые: первые звезды Вселенной жили в тесных и суперярких семьях

Поэтому некоторые ученые начали считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются по более экзотическим сценариям – в результате коллапса гигантских облаков из "чистого" атомарного водорода или благодаря сгусткам темной материи, а также экзотическим "темным" звездам, чья масса может быть в сотни раз выше, чем у обычных светил.

Симко и его коллеги нашли очередное подтверждение этой идеи и выяснили, что гигантские черные дыры могли возникнуть еще до того, как появились первые звезды и галактики, изучая спектры самых далеких объектов, найденных в рамках трех больших обзоров неба, DECaLS, ALLWISE и UKIDSS.

Ученых интересовали так называемые лаймановские фотоны — высокоэнергетические частицы света, которые излучает водород, находящийся в недрах самых ярких и горячих звезд. Все подобные частицы сконцентрированы на узком участке ультафиолетовой части спектра, который называется серией или "лесом" Лаймана. Эту закономерность астрономы используют для определения расстояния до самых далеких галактик и звезд, ориентируясь на энергию лаймановских фотонов и их красное смещение.

Главная загадка юной Вселенной

"Лес" Лаймана практически полностью отсутствует у самых далеких галактик, что позволяет достаточно просто находить их и вычислять их возраст, сопоставляя снимки неба, полученные оптическими и инфракрасными телескопами.

Сравнивая данные обзоров, астрономам удалось найти уникальный объект – галактику J1342+0928 в созвездии Волопаса, чье красное смещение составляет пока рекордные 7,5 условных единиц. Это означает, что мы видим это скопление звезд в том состоянии, в котором оно находилось более 13 миллиардов лет назад, примерно через 690 миллионов лет после Большого Взрыва. Пока это абсолютный рекорд – предыдущая галактика-рекордсмен, J1120+0641 в созвездии Льва, примерно на 200 миллионов лет "старше" J1342+0928.

Детектор LIGO открыл гравитационные волны, порожденные нейтронными звездами

В то время, как рассказывают исследователи, Вселенная еще не была полностью прозрачной – она была примерно наполовину заполнена облаками из нейтрального водорода, поглощавшего и не пропускавшего лаймановские фотоны и другие формы излучения. То, что мы видим J1342+0928, означает, что эта галактика вырабатывала очень мощный поток ультрафиолета и других форм излучения, которые могут ионизировать водород и делать межгалактическую среду прозрачной для последующих порций света.

Наблюдая за этой галактикой при помощи телескопа "Магеллан" в Чили, ученые смогли проследить за движением молекул угарного газа по ней и вычислить скорость вращения материи вокруг ее центра. Эти замеры показали, что в ее центре обитает очень крупная черная дыра, чья масса примерно в 800 миллионов раз больше, чем у Солнца.

Ученые: "космическая змея" раскрыла тайны рождения первых звезд

Существование столь крупной черной дыры в "темные века" Вселенной еще сложнее объяснить в рамках текущих теорий – масса ее зародыша, по расчетам Симко и его коллег, должна составлять как минимум 100 тысяч Солнц для того, чтобы она могла достичь своих текущих размеров при максимальной скорости роста фактически с момента Большого Взрыва.

Как надеются ученые, открытие других столь же далеких объектов поможет нам понять раскрыть загадку их роста и рождения, а также выяснить, почему современные сверхмассивные черные дыры не могут расти с такой же скоростью, как их древние "кузины".