Занимаясь маркетингом космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), НАСА и другие участники телескопа любили указывать на то, как он откроет раннюю Вселенную для изучения. Они не преувеличивали, и теперь начинают появляться научные исследования, которые показывают, почему. Новое исследование, опубликованное авторами из Гарварда, Университета Аризоны и Кембриджского университета, использовало три исследования, проведенные JWST, для анализа сверхмассивных черных дыр в центрах ранних галактик. И они обнаружили, что они сильно отличаются от того, что находится в центре нашей планеты, по крайней мере, с точки зрения относительных размеров.
Фабио Пакучи и его соавторы изучали галактики, расположенные на расстоянии 12–13 миллиардов световых лет от нас – одни из самых ранних сформировавшихся во Вселенной. В частности, они изучали размер черных дыр в центре этих галактик по сравнению с размером звезд, из которых состоят галактики.
Например, отношение веса звезд к весу сверхмассивной черной дыры в центре нашей родной галактики Млечный Путь составляет примерно 1000 к 1 – это означает, что общая масса звезд превышает массу черной дыры в 1000 раз. Подобные соотношения были обнаружены и для других галактик аналогичного возраста, таких как Андромеда.
Однако исследование обнаружило нечто совершенно иное в старых галактиках. Их соотношение было скорее 100 к 1 или даже всего лишь 1 к 1, при этом сверхмассивная черная дыра весила столько же, сколько все звезды, вращающиеся вокруг нее. По словам Сяофуи Фаня, одного из соавторов исследования, как упоминалось в недавнем пресс-релизе, это различие имеет «важные последствия для изучения первой популяции черных дыр».
Об этих ранних черных дырах идет постоянная дискуссия, сосредоточенная в первую очередь на том, как выглядели предшественники известных нам сегодня сверхмассивных черных дыр. В отношении этих предшественников укоренились две конкурирующие теории – «тяжелые» семена и «легкие» семена. В сценарии «тяжелых» семян зародышевые материалы сверхмассивной черной дыры будут иметь массу примерно в 10 000–100 000 раз больше массы нашего Солнца, тогда как «легкие» семена будут весить примерно в 100–1 000 раз.
Согласно новой статье, «тяжелая» семенная модель более вероятна. Более вероятно создание больших сверхмассивных черных дыр, таких как те, которые наблюдаются в данных JWST, если позволить скоплению материала из гигантских газовых облаков объединиться вокруг гораздо большей стартовой массы. Моделирование этой теории затравки также предсказало, что черные дыры в ранних галактиках будут иметь примерно такую же массу, что и галактики, которыми они окружены.
Как скажет вам любой хороший ученый, если теория или модель дает ошеломляющие иные предсказания, а дальнейший сбор данных соответствует этому предсказанию, то это очень хороший знак для теории. Именно это и произошло в случае теории тяжелых семян и данных JWST. Как описано в статье, данные точно соответствуют прогнозам, сделанным разработчиками моделей с тяжелыми семенами.
Но это еще не совсем очевидный случай. Многие астрономы до сих пор не знают о раннем процессе формирования черной дыры. Но JWST еще не завершен, и авторы статьи надеются, что дальнейшие публикации данных помогут пролить свет на то, как эти семена превращаются в полноценные черные дыры, и что это означает для формирования Вселенной в целом.
А пока им придется дождаться дополнительных данных. Но поскольку JWST все еще набирает силу, похоже, появится еще много статей, посвященных изучению ранней Вселенной с помощью самого впечатляющего космического телескопа человечества.
Узнать больше:
Гарвардский CfA – Неожиданно массивные черные дыры доминируют над маленькими галактиками в далекой Вселенной
Пачуччи и др. – Активные галактики JWST CEERS и JADES на я = 4–7 Нарушить местные правила М•–М? Отношение при >3?: Значение для черных дыр малой массы и моделей засеивания
UT – Растущая черная дыра видна всего через 470 миллионов лет после Большого взрыва
UT – Ранние черные дыры были больше, чем мы думали
Ведущее изображение:
Далекая Вселенная против ближней Вселенной.
Фото: CfA/Мелисса Вайс
