Перші велетенські чорні дірки

Уявімо собі Всесвіт у віці немовляти. Більшість науковців стверджують, що простір і час виникли у результаті Великого вибуху. Після того гарячого і густого початку космос розширювався і холонув, але зіркам та галактикам знадобилося трохи часу, щоб врешті з’явитися на небі,– пише Пріямвада Натараян у журналі “ŚwiatNauki”.

“Атоми (переважно вуглецю) змогли виникнути лише приблизно через 380 тис. років після Великого вибуху, і тільки згодом наповнити газом Всесвіт. Коли космосові було кілька сотень мільйонів років, з цього газу сформувалися перші зірки, згруповані у громадки, які гуртувалися у галактики. Найстарша з них з’явилась 400 млн років після народження Всесвіту. Науковці зі здивуванням виявили, що тоді ж існував й інший різновид астрономічних об’єктів: квазари.

Квазари – це надзвичайно яскраві об’єкти, джерелом енергії котрих є газ, що спадає на супер-масивні чорні дірки. Їх можна побачити у найвіддаленіших ділянках простору. Квазари, що розташовуються найдалі, є водночас і найстаршими. Саме вони є загадкою для науковців.

Щоб бути видимими із таких величезних відстаней, ці квазари мусять містити у собі чорні дірки з масою у понад мільярд більшою, ніж маса Сонця. Та все ж із конвенціональних моделей виникнення і розвитку чорних дірок виникає, що об’єкти, достатньо великі, аби заряджати такі квазари, потребують щонайменше мільярд років на формування. Від 2001 року астрономи, що використовують Цифровий моніторинг неба Слоан, виявляють і старіші квазари. Об’єкт, відкритий у грудні минулого року, існував уже 690 млн років після Великого вибуху. Нині він є найвіддаленішим і найстарішим з відомих квазарів. Іншими словами, скидається на те, що Всесвіт не мав достатньо часу, щоб такі квазари могли у ньому виникнути.

Багато астрономів вважають, що перші чорні дірки, котрі були початками супермасивних чорних дірок, – це залишки першої генерації зірок – останки після вибуху їх як наднових. Але ці залишки не повинні мати більшу масу, ніж кількасот мас Сонця. Важко собі уявити сценарій, у якому чорні дірки у перших квазарах розвинулись з таких невеликих зачатків.

Щоб вирішити цю проблему, 10 років тому разом з колегами я припустила, що перші чорні дірки з достатньо великою масою, аби вони могли пояснити випромінювання найстарших квазарів, виникли без участі зірок, а сформувалися безпосередньо із газу від колапсу. Ми дали їм назву чорних дірок від безпосереднього колапсу. У відповідному середовищі початкова маса таких об’єктів може досягти від 10⁴ до 10⁵ мас Сонця впродовж кількасот мільйонів років від Великого вибуху. Після такого початку їхня маса може легко зрости до 10⁹ чи 10¹⁰ мас Сонця. У такий спосіб можна пояснити загадку існування найстаріших квазарів, яка мучила астрономів майже два десятиліття.

Залишається питання, чи насправді усе відбувалось за таким сценарієм? На щастя, ми зможемо отримати відповідь у 2019 році, коли на орбіті буде розміщено Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба”.