Они были до Большого взрыва: это переписывает историю Вселенной

Астрономы обнаружили самую древнюю сверхмассивную черную дыру возрастом более 13 миллиардов лет. Это открытие вновь поднимает вопрос о природе таких объектов. По мнению некоторых ученых, в них, возможно, таится разгадка происхождения Вселенной.Необъяснимо массивные телаИзвестно, что черные дыры звездных масс — в несколько раз «весомее» Солнца — образуются в результате коллапса гигантских звезд, которые в конце эволюции как бы «взрываются внутрь».Куда сложнее объяснить сверхмассивные черные дыры (СМЧД), чья масса в миллионы, а иногда в миллиарды раз превышает солнечную. Не существует настолько больших звезд, схлопывание которых привело бы к образованию таких объектов.Черные дыры способны поглощать вещество — газ, плазму — и за счет этого расти. Прежде считалось, что СМЧД набрали массу, «питаясь» звездами. Правда, для этого потребовались бы миллиарды лет. Однако «Хаббл» и другие приборы показали, что сверхмассивные черные дыры возникли примерно в одно время с первыми галактиками.В ходе нового исследования с помощью мощнейшего в истории телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) удалось обнаружить древнейшего космического «монстра», и это может пролить свет на эволюцию Вселенной и СМЧД.В десять миллионов раз больше СолнцаМеждународная команда под руководством астрофизика Ребекки Ларсон из Техасского университета в Остине исследовала галактику CEERS_1019. Это гравитационно связанное скопление звезд, звездной пыли и темной материи обнаружили еще в 2015-м с помощью телескопа «Хаббл». Оно было самым ярким среди подобных объектов той эпохи. Возможности «Джеймса Уэбба» позволили рассмотреть его подробнее.CEERS_1019 относится к эпохе реионизации Вселенной. Считается, что ранний универсум был непрозрачным, поскольку его заполняли атомы нейтрального водорода, мешавшие распространению света.В период между 550 и 800 миллионами лет после Большого взрыва образовались первые звезды, галактики и квазары — сверхмассивные черные дыры, вокруг которых возникает яркий аккреционный диск. Эти источники испускали свет, и под его влиянием произошла реионизация водорода. В результате Вселенная стала прозрачной. В ходе этого процесса было сгенерировано излучение Лайман-альфа, которое и фиксируют ученые, исследующие ту эпоху. Однако Ларсон и ее коллеги заметили кое-что неожиданное.Новейший телескоп «смотрел» на CEERS_1019 всеми четырьмя приборами всего лишь в течение часа, но этого оказалось более чем достаточно. «Я просто ошеломлена количеством информации», — признается Ларсон.В потоке данных она заметила еще один тип излучения. Он характерен для активных ядер галактик (АЯГ), то есть сверхмассивных черных дыр, поглощающих вещество. После продолжительных дискуссий ученые пришли к выводу, что в центре CEERS_1019 находится СМЧД в десять миллионов солнечных масс.Когда Вселенной исполнилось примерно 570 миллионов лет, эта сверхмассивная черная дыра уже существовала, иными словами, она самая древняя из известных.В ранней Вселенной находили гораздо более крупные черные дыры, хотя и не такие древние. Среди них — квазар J0313-1806, который существовал через 670 миллионов лет после Большого взрыва и имел массу 1,6 миллиарда солнечных.Ларcон и ее коллеги подозревают, что J0313-1806 и другие квазары, относящиеся к эпохе реионизации, выросли из таких объектов, как тот, что находится в центре CEERS_1019. То есть открытие, сделанное с помощью JWST, показало ранний этап появления самых первых и самых массивных черных дыр.Существовали до Большого взрыва?Как возникли сами сверхмассивные дыры типа CEERS_1019, неизвестно, отмечает Ларсон.Возможно, они образовались в результате коллапса гигантских газовых облаков в сотни тысяч масс Солнца. Либо, согласно гипотезе первичных черных дыр, появились сразу после рождения Вселенной, сгенерированные энергией Большого взрыва.Отметим, что сам Большой взрыв — при всех оговорках — стал общим местом в космологии. Однако у науки нет внятного ответа на вопрос, что было до него — и было ли вообще. Некоторые исследователи видят ключ к разгадке именно в черных дырах.По одной из версий, которую, в частности, высказывали Алан Коули из канадского Университета Далхаузи и Бернард Карр из Университета королевы Марии в Лондоне в статье от 2011-го, первичные черные дыры могли возникнуть в результате Большого сжатия. Известно, что сегодня Вселенная расширяется с ускорением. Коули и Карр предположили, что в предшествующую эпоху происходил обратный процесс — и Вселенная сжималась. В результате максимального уплотнения материи и появились черные дыры. Каким-то образом они пережили Большой взрыв, а затем ассимилировались с новым пространством.Эта идея укладывается в гипотезу Большого отскока, по которой расширение Вселенной постоянно чередуется со сжатием. Правда, такая модель не объясняет, как именно расширение, наблюдаемое сегодня, остановится и перейдет в обратный процесс. Также неизвестно, живем ли мы в первой итерации Вселенной или в какой-то другой точке этой бесконечной последовательности.