Считалось, что чёрные дыры возникают в результате коллапса мёртвых звёзд. Но изображение ранней Вселенной, полученное с помощью телескопа Webb, намекает на альтернативный путь.
Сколько существует способов покинуть нашу Вселенную?
Пожалуй, самый известный из них связан со смертью звезды. В 1939 году физик Дж. Роберт Оппенгеймер и его студент Хартланд Снайдер из Калифорнийского университета в Беркли предсказали, что когда у достаточно массивной звезды закончится термоядерное топливо, она рухнет внутрь – сколлапсирует - и будет продолжать падать внутрь себя вечно, сжимая пространство, время и свет вокруг себя в то, что сегодня называют чёрной дырой.
Но оказалось, что для образования чёрной дыры мёртвая звезда может и не понадобиться. Вместо этого, по крайней мере в ранней Вселенной, гигантские облака первобытного газа могли коллапсировать прямиком в чёрные дыры, минуя миллионы лет, которые звёзды проводят в космосе.
К такому предварительному выводу недавно пришла группа астрономов, изучающих UHZ-1, пятнышко света, появившееся вскоре после Большого взрыва. На самом деле UHZ-1 - это мощный квазар, который извергает (или извергал) огонь и рентгеновские лучи из чудовищной чёрной дыры 13,2 миллиарда лет назад, когда Вселенная была ещё совсем молодой - возрастом 500 миллионов лет.
С космической точки зрения, это необычайно мало времени для появления в результате звёздных коллапсов и слияний столь массивной чёрной дыры. Приямвада Натараджан, астроном из Йельского университета и ведущий автор статьи, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, и её коллеги утверждают, что в UHZ-1 они обнаружили новый вид небесных тел, который они называют галактикой со сверхмассивной чёрной дырой, или ГСЧД. По сути, ГСЧД - это молодая галактика, связанная с чёрной дырой, которая стала слишком большой слишком быстро.
Открытие этого квазара может помочь астрономам решить смежную загадку, которая мучает их уже несколько десятилетий. Почти у каждой галактики, видимой в современной Вселенной, похоже, есть в своём центре сверхмассивная чёрная дыра, в миллионы или миллиарды раз превосходящая по массе Солнце. Откуда взялись эти монстры? Могли ли обычные чёрные дыры так быстро вырасти?
Доктор Натараджан и её коллеги предполагают, что UHZ-1, как и, возможно, многие сверхмассивные чёрные дыры, возникли как первобытные облака. Эти облака могли сколлапсировать в ядра, которые были очень тяжёлыми - и этого оказалось достаточно, чтобы дать толчок росту сверхмассивных галактик с чёрными дырами. Это ещё одно напоминание о том, что Вселенная, которую мы видим, управляется невидимой геометрией тьмы.
"Как первый кандидат в ГСЧД, UHZ-1 предоставляет убедительные доказательства формирования тяжёлых первоначальных семян в результате прямого коллапса в ранней Вселенной", - написали доктор Натараджан и её коллеги. В электронном письме она добавила: "Похоже, природа создаёт семена чёрных дыр разными способами, не ограничиваясь только звёздной смертью!"
Дэниел Хольц, теоретик из Чикагского университета, изучающий чёрные дыры, сказал: "Прия обнаружила чрезвычайно интересную чёрную дыру, если это правда".
Он добавил: "Она просто слишком большая и слишком ранняя. Это всё равно что заглянуть в класс детского сада, а там среди всех пятилетних детей вдруг обнаружится один весом 80 кг и/или ростом метр восемьдесят".
Согласно истории, которую астрономы рассказывают себе об эволюции Вселенной, первые звёзды сконденсировались из облаков водорода и гелия, оставшихся после Большого взрыва. Они быстро и жарко сгорали, быстро взрывались и коллапсировали в чёрные дыры, в 10-100 раз более массивные, чем Солнце.
На протяжении веков из пепла предыдущих звёзд формировались следующие поколения звёзд, обогащая химический состав космоса. А чёрные дыры, оставшиеся после их гибели, продолжали сливаться и как-то расти, превращаясь в сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик.
Космический телескоп Джеймса Уэбба, запущенный два года назад на Рождество, был создан для проверки этой идеи. Он обладает самым большим зеркалом в космосе – 6,5 м в диаметре. Что ещё важнее, он был создан для регистрации инфракрасных волн света самых далёких и, следовательно, самых ранних звёзд во Вселенной.
Но как только новый телескоп нацелился на небо, в поле его зрения попали новые галактики, настолько массивные и яркие, что они опровергли ожидания космологов. Последние пару лет ведутся споры о том, не угрожают ли эти наблюдения давней модели космоса. Согласно этой модели, Вселенная состоит из незначительного количества видимой материи, поразительного количества "тёмной материи", которая обеспечивает гравитацию, удерживающую галактики вместе, и "тёмной энергии", раздвигающей эти галактики.
Открытие UHZ-1 представляет собой важный рубеж в этих спорах. В рамках подготовки к будущему наблюдению космическим телескопом Джеймса Уэбба массивного скопления галактик в созвездии Скульптора команда доктора Натараджана попросила предоставить ей время для работы на рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра". Масса скопления действует как гравитационная линза, увеличивая объекты, находящиеся далеко позади него в пространстве и времени. Исследователи надеялись увидеть в рентгеновских лучах всё, что линза может вывести на поверхность.
Они обнаружили квазар, питаемый сверхмассивной чёрной дырой, которая в 40 миллионов раз массивнее Солнца. Дальнейшие наблюдения телескопа Уэбба подтвердили, что он находится на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет. (Скопление Скульптор находится на расстоянии около 3,5 миллиарда световых лет.) Это был самый далёкий и самый ранний квазар, обнаруженный во Вселенной.
"Нам понадобился Уэбб, чтобы найти эту удивительно далёкую галактику, и Чандра, чтобы обнаружить её сверхмассивную чёрную дыру", - сказал Акос Богдан из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института в пресс-релизе. "Мы также воспользовались преимуществами космической лупы, которая увеличила количество обнаруженного света".
Полученные результаты указывают на то, что сверхмассивные чёрные дыры существовали уже через 470 миллионов лет после Большого взрыва. Этого времени недостаточно, чтобы чёрные дыры, созданные первым поколением звёзд - от 10 до 100 солнечных масс - выросли до таких размеров.
Был ли другой способ для появления ещё больших чёрных дыр? В 2017 году доктор Натараджан предположила, что коллапсирующие облака первобытного газа могли породить чёрные дыры более чем в 10 000 раз массивнее Солнца.
"Затем уже можно представить, что одна из них впоследствии выросла в молодую, очень большую чёрную дыру", - сказал доктор Хольц. В результате, отметил он, "в каждый последующий момент истории Вселенной всегда будет существовать несколько удивительно больших чёрных дыр".
Доктор Натараджан сказала: "Тот факт, что они с самого начала оказываются очень массивными, подразумевает, что они, вероятно, в конечном итоге эволюционируют в сверхмассивные чёрные дыры". Но никто не знает, как это происходит. Чёрные дыры составляют 10% массы раннего квазара UHZ-1, в то время как они составляют менее одной тысячной процента массы современных галактик, таких как гигантская Messier 87, чью чёрную дыру оценили в 6,5 миллиарда солнечных масс, когда её сфотографировал телескоп Event Horizon Telescope в 2019 году.
Это говорит о том, что в процессе роста и эволюции этих галактик и их чёрных дыр доминировали сложные эффекты обратной связи с окружающей средой, которые привели к увеличению массы звёзд и газа.
"Так что, по сути, эти чрезвычайно ранние ГСЧД дают нам гораздо больше информации о физике зарождения подобных объектов, а не об их последующем росте и эволюции", - говорит доктор Натараджан. Она добавила: "Хотя они имеют важные последствия".
Доктор Хольц сказал: "Будет, конечно, здорово, если окажется, что всё так и есть, но я искренне настроен агностически". Он добавил: "Это будет захватывающая история, независимо от того, каков будет результат раскрытия тайны ранних больших чёрных дыр".
Комментарии (8)
Jury_78
29.12.2023 12:21+2извергает (или извергал) огонь и рентгеновские лучи из чудовищной чёрной дыры
Это ж черная дыра как из нее может извергаться?
из чудовищной чёрной дыры 13,2 миллиарда лет назад, когда Вселенная была ещё не совсем молодой - возрастом 500 миллионов лет.
500 миллионов лет это разве возраст? Так написано, что можно подумать потом вселенная помолодела.
kauri_39
29.12.2023 12:21Интересно, а эти "коллапсирующие облака первобытного газа" могли бы порождать многочисленные, но менее массивные чёрные дыры, которые окажутся на краю галактик? Из них бы получилась барионная тёмная материя, и тогда не нужны будут гипотетические частицы холодной тёмной материи.
aiken
29.12.2023 12:21Учитывая соотношение ненаблюдаемой материи к барионной 5:1, таких дыр должно быть очень много, но данные гравитационного микролинзирования не подтверждают такую гипотезу.
kauri_39
29.12.2023 12:21Может, оно и к лучшему. Если определить гравитацию как поток вакуума к поглощающей его материи, то тёмной материи вообще не потребуется: расширение вакуума из войдов в скопления и галактики даст искомое центростремительное ускорение для их вращающихся объектов.
adeshere
29.12.2023 12:21+1Странно, что ни в статье, ни в комментариях нет ссылки на здешнюю публикацию Н.Горькавого месячной давности, в которой популярно изложен альтернативный механизм возникновения СМЧД в ранней Вселенной. И даже больше того - фактически предложена альтернативная космология. Причем, несмотря на всю ее фантастичность, это не какая-то фрик-идея, а вполне серьезная модель, основные элементы которой опубликованы в достаточно уважаемых
рецензируемых журналах
Gorkavyi, N. “Origin and Acceleration of the Universe without Singularities and Dark Energy”. Bulletin of the American Astronomical Society. 2003, 35, #3.
http://www.aas.org/publications/baas/v3 ... 02/404.htmGorkavyi N., Vasilkov A. “A repulsive force in the Einstein theory”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2016, 461 (3): 2929-2933. https://doi.org/10.1093/mnras/stw1517
Gorkavyi N., Vasilkov A. “A modified Friedmann equation for a system with varying gravitational mass”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2018, 476 (1): 1384-1389. https://doi.org/10.1093/mnras/sty335
Gorkavyi, N., Vasilkov, A., Mather, J. A Possible Solution for the Cosmological Constant Problem. In Proceedings of the 2nd World Summit on Exploring the Dark Side of the Universe (EDSU2018) Eds: B. Vachon and P. Petroff, Point a Pitre, Guadeloupe, France, 25-29 June 2018, https://pos.sissa.it/335/039/pdf , https://doi.org/10.22323/1.335.0039
Горькавый, Н.Н. и Тюльбашев, С.А. «Черные дыры и нейтронные звезды в осциллирующей Вселенной», Астрофизический бюллетень. 2021, т.76, N3, с.285-305.
https://www.sao.ru/Doc-k8/Science/Publi ... SPB285.pdf
(Gorkavyi, N.N., Tyul'bashev, S.A. Black holes and neutron stars in an oscillating Universe. Astrophys. Bull., 2021, 76, 229-247. https://doi.org/10.1134/S199034132103007X)Gorkavyi, N. "Gravitational wave background discovered by NANOGrav as evidence of a cyclic universe". New Astronomy. 2021, 91: 101698. https://doi.org/10.1016/j.newast.2021.101698
Gorkavyi, N. “Accretion of Galaxies around Supermassive Black Holes and a Theoretical Model of the Tully-Fisher and M-Sigma Relations”. Galaxies. 2022, 10: 73.
https://doi.org/10.3390/galaxies10030073
(Список литературы цитируется по упомянутой выше статье Жизнь, пульсирующая в черной дыре)
А что меня особенно восхищает - в отличие от всяких суперструнных моделей, которые имеют гигантское число "степеней свободы" (что потенциально позволяет подогнать их почти под любые экспериментальные данные), модель
Горькавого и Тюльбашева
не уверен, что ее правильно так называть, но по моим впечатлениям, основной вклад внесли именно эти двое
работает практически без свободных параметров (Оккаму бы это понравилось!).
P.S. Ну и от своего имени отдельно добавлю
что авторы умеют изложить основные идеи своей "циклической космологии" настолько простым языком, что для их понимания достаточно совершенно элементарных познаний в ОТО, которые дают в любом ВУЗе с физическим профилем. Что очень выгодно отличает эту модель от некоторых других, требующих погружения в весьма специфическую математику, причем от этой математики и до физики - шаг космического размера ;-)
В общем, если кто-то заинтересовался этим переводом уважаемого @SLY_G, очень советую также заглянуть и в процитированные выше работы Николая Николаевича и соавторов
AlekseiMorozov19730316Ru
29.12.2023 12:21-3Почти у каждой галактики, видимой в современной Вселенной, похоже, есть в своём центре сверхмассивная чёрная дыра, в миллионы или миллиарды раз превосходящая по массе Солнце.
:) ну, может быть и "похоже", но неверно, разумеется...
При "наблюдательном описании" физической реальности (то есть Вселенной, то есть пространства-времени-эфира) следует избегать использования "понятий абстрактно-математических моделей чисто гипотетических объектов", таких как "чёрная дыра", "нейтронная звезда" и т.д. В противном случае при опровержении (при "отмене", при "дезавуировании") ошибочной физической прототеории (например, Общей Теории Относительности Эйнштейна, Ядерно-Электронной Атомной Модели и т.д.), на основе которой определяется используемое понятие, описание физической реальности становится как минимум некорректным, а в худшем случае - вводящим в глубокое заблуждение. Но дело не в этом...
Действительно, согласно Эфирной Космологии, являющейся частью Эфирной Теории Всего, в "центре" галактики обычно находится сверхмассивная "первичная суперзвезда галактики" - "галактический прайм", или просто "прайм". Как и любая звезда или любая планета, "галактический прайм" посредством улавливания своим эфирным полем низкоуровневых эфирных объектов синтезирует в своём внутреннем ядре протионы (элементарные атомы) и гиператомы (иерархические неэлементарные атомы, которые состоят или из субгиператомов (гиператомов более низкого уровня), или просто из протионов). При синтезе протионов и гиператомов любой телесный астрообъект (планета, протозвезда, звезда, прайм) аккумулирует "энергию" посредством накопления скоростных низкоуровневых эфирных объектов в эфирных гиперкластерах этих протионов и гиператомов. Синтезируемые в телесном астрообъекте тяжёлые гиператомы постепенно приводят к накоплению "критической массы" "расщепляемого материала" вне ядра астрообъекта, что в конечном итоге приводит к гиператомным взрывам - цепным реакциям распада тяжёлых гиператомов расщепляемого материала. Накопив достаточное количество расщепляемого материала протозвезда начинает "разгораться", то есть начинает "закипать гиператомными взрывами". Когда протозвезда окончательно "вскипает", она становится звездой. Но это не обязательно означает, что звезда начинает терять энергии больше, чем накапливать. Звёзды после своего рождения могут продолжать расти. То есть масса звезды может продолжать увеличиваться, в связи с чем растёт и стабильность её тяжёлых гиператомов. После некоторого роста массы и растраты расщепляемого материала звезда "гаснет" из-за прекращения распада тяжёлых гиператомов. Но постепенно синтез в звезде ещё более тяжёлых гиператомов приводит к следующему "звёздному этапу". Звезда закипает "с новой силой" - начинают расщепляться более тяжёлые гиператомы. "Звёздных этапов" на пути к "прайму" у звезды может быть много - звезда то затухает, то разгорается...
Иными словами, реальный "прайм" в центре галактики и гипотетическая абстрактно-математическая "чёрная дыра", "существующая" лишь в ошибочной прототеории, не имеют друг с другом практически ничего общего...
Koshnat
29.12.2023 12:21В качестве саморекламы хочу сообщить, что в своей статье "Возможно ли образование “чёрных дыр” без коллапса?", ещё за год до запуска телескопа Джеймса Уэбба предсказал и обосновал, что он обнаружит на окраинах Вселенной гигантские структуры. И что только именно в ранней Вселенной могли сформироваться сверхмассивные чёрные дыры (квазары), как это не выглядит парадоксальным по современным представлениям. На мой взгляд, механизм образования сверхмассивных чёрных дыр носит другой характер (подробно его изложил в статье), а вероятность того, что чёрная дыра, образовавшаяся их сколлапсировавшейся звезды, сможет вырасти до сверхмассивной, является практически нулевой, что доказал (надеюсь) в статье. Также в статье показал, что возможно существование чёрных дыр во всём спектре масс (в том числе и микроскопических) и что положение сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик не носит случайного характера. Пишу об этом потому, что похоже результаты наблюдения телескопа Джеймса Уэбба начинают подтверждать мои предположения. Добавлю, что вышеуказанная статья получила положительную рецензию и опубликована в электронном научном журнале.
Tzimie
сколлапсирует - и будет продолжать падать внутрь себя вечно,
По своему собственному времени отнюдь не вечно