Телескопът Джеймс Уеб откри черна дупка с необяснима маса

Космическата обсерватория „Джеймс Уеб“ откри далечна, далечна галактика от зората на Вселената. Светлината от нея до Земята е пътувала почти толкова дълго, колкото и от времето на Големия взрив. И все пак, както показаха независимите измервания, в центъра ѝ се намира изненадващо масивна черна дупка – с маса над един милиард слънчеви маси. От гледна точка на съвременната астрофизика е невъзможно да се обясни подобно явление.

Първите милиарди години от космическата история пораждат най-много въпроси за учените – най-ранните известни черни дупки в центъра на галактиките имат изумително голяма маса. Съществуват няколко хипотези, които обясняват как те са погълнали толкова много материя за толкова кратко време, но новите наблюдения изключват някои от тези предположения, най-вече хипотезата за „свръхефективна диета“.

През последните 13,8 милиарда години от живота на Вселената звездите и галактиките значително са се променили. Галактиките са станали по-големи и са натрупали маса или чрез поглъщане на заобикалящия ги газ, или чрез сливане една с друга. Дълго време астрономите вярваха, че черните дупки също постепенно се уголемяват заедно със своите галактики.

Растежът на черните дупки обаче се подчинява на определени правила, пише Phys.org. Материята, която попада в една черна дупка, първо образува светещ акреционен диск около нея. Заедно те образуват ядрото на галактиката. Най-ярките от тях се наричат квазари. Но работата е там, че колкото по-ярки са те, толкова по-малко материя попада в черната дупка: светлината създава налягане, което не позволява на частиците материя да бъдат погълнати.

Ето защо астрономите бяха изненадани, когато през последните 20 години наблюденията на далечни квазари разкриха съществуването на много млади черни дупки, които въпреки това са достигнали много солидна маса от 10 милиарда слънчеви маси. Тези квазари са се появили, според космическите стандарти, почти веднага след Големия взрив – по-малко от един милиард години по-късно. Изстрелването на космическата обсерватория „Уеб“, оборудвана с инструмента за средна инфрачервена област (MIRI), който е 4000 пъти по-чувствителен от предишните инструменти, доведе до драматичен скок напред в изучаването на далечните квазари.

Астрономи от института „Макс Планк“ в Германия анализираха данните от първия кръг наблюдения на квазарите, породени 770 млн. години след Големия взрив, извършени от телескопа Уеб. Формата на инфрачервения спектър, заснет от инструмента MIRI, информира учените за свойствата на праховия пръстен в акреционния диск на квазара J1120+0641. Този тороидален обект се оказа същият като механизма за захранване на древния квазар, както и на по-късните квазари. Единствената разлика, която никой модел не беше предвидил преди това: по- високата температура на праха, която е с около сто градуса по Целзий по-висока от тази на най-отдалечените квазари.

„Като цяло новите наблюдения само увеличават загадката: ранните квазари са били ужасно нормални. Независимо от дължината на вълната, на която са наблюдавани, квазарите са били почти еднакви през цялата история на Вселената“, казва Сара Бозман, главен изследовател. Не само самите свръхмасивни черни дупки, но и техният енергиен механизъм вече са били напълно „узрели“, когато възрастта на Вселената е била 5 процента от сегашната.

След като изключиха другите възможности, изследователите предположиха, че свръхмасивните черни дупки са придобили маса в самото начало, което означава, че те са били масивни от самото начало. Те не са останки от ранни звезди. Те са започнали да се формират, докато вече са притежавали маса от стотици хиляди слънчеви маси, вероятно в резултат на колапс на ранни облаци от газ.