Космос нарушил главное правило: чёрная дыра появилась там, где природа запрещала ей рождаться

Астрономы обнаружили объект, который не укладывается в привычные представления о том, как рождаются сверхмассивные чёрные дыры. Он выглядит как символ бесконечности и скрывает в себе источник мощного излучения там, где его никто не ожидал увидеть. Находка заставила исследователей заново пересмотреть сценарии формирования самых загадочных объектов Вселенной. Об этом сообщает Earth.

Фото: Designed by Freepik, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Черная дыра

"Галактика Бесконечности" и неожиданная находка

Большинство сверхмассивных чёрных дыр располагаются строго в центрах галактик. Они растут, поглощая газ и пыль, которые при падении разогреваются и начинают ярко светиться. Однако данные космического телескопа "Джеймс Уэбб", полученные в рамках проекта COSMOS-Web, выявили странную систему, нарушающую это правило.

Объект получил неофициальное название "Галактика Бесконечности". На инфракрасных снимках видно две массивные красноватые "выпуклости" с кольцами звёзд вокруг них. Они разделены расстоянием около 10 килопарсеков, а между ними — область интенсивного излучения, не совпадающая ни с одним из галактических ядер, что резко контрастирует с привычной картиной эволюции галактик во Вселенной.

Где должна быть чёрная дыра — и где она оказалась

Команда под руководством Питера ван Доккума из Йельского университета и Габриэля Браммера из Копенгагенского университета сопоставила данные сразу нескольких обсерваторий. В ход пошли спектры телескопа Keck, радионаблюдения Very Large Array и рентгеновские данные обсерватории Chandra.

Спектроскопия выявила яркие линии сильно ионизированных атомов — характерный признак активного ядра галактики. Радио- и рентгеновское излучение подтвердили наличие мощного источника энергии, который невозможно объяснить обычным скоплением звёзд.

Самое удивительное заключалось в том, что все сигналы совпали по положению — и находились не в одном из двух ядер, а строго между ними.

"Самым большим сюрпризом стало то, что чёрная дыра находится не в одном из ядер, а посередине. Мы буквально спросили себя: как это вообще возможно?" — отметил Питер ван Доккум.

Газ, свет и ключ к разгадке

Один из фильтров "Уэбба" позволил зафиксировать свечение ионизированного газа — прежде всего водорода, а также линий азота и серы. После удаления фонового света звёзд учёные получили карту, на которой видно протяжённое облако газа между двумя галактическими выпуклостями.

Эквивалентная ширина этих линий оказалась необычно высокой — до тысяч ангстрем. Это означает, что газа много, а звёздного света, наоборот, крайне мало. Такой дисбаланс плохо сочетается с классическими моделями галактик, но хорошо вписывается в сценарий активного формирования чёрной дыры, сопоставимый с тем, как ранее обсуждался механизм прямого коллапса чёрных дыр.

Возможное рождение сверхмассивной чёрной дыры

Исследователи считают, что система возникла после почти лобового столкновения двух дисковых галактик. В таких случаях формируются кольцевые структуры, а газ в зоне удара может сильно сжиматься и становиться турбулентным.

В результате плотное облако газа могло коллапсировать под действием собственной гравитации, минуя стадию активного звездообразования. Такой механизм известен как "прямой коллапс" и давно обсуждается теоретиками, но до сих пор не имел убедительных наблюдательных подтверждений.

"Мы считаем, что наблюдаем рождение сверхмассивной чёрной дыры — событие, которого раньше никто не видел напрямую", — подчеркнул ван Доккум.

Почему другие версии не подошли

Авторы рассмотрели и альтернативные объяснения. Среди них — третья тусклая галактика, выброшенная после слияния чёрная дыра или объект, "сорванный" с меньшей системы. Однако ни одна из этих гипотез не объясняет экстремальную яркость газовых линий и отсутствие заметного звёздного населения в центральной области.

По расчётам команды, столкновение галактик произошло около 50 миллионов лет назад. За это время чёрная дыра могла вырасти с сотен тысяч до примерно миллиона масс Солнца при интенсивном поглощении газа.

Сравнение: классические чёрные дыры и прямой коллапс

Классическая сверхмассивная чёрная дыра формируется в центре галактики и растёт постепенно вместе с ней. В сценарии прямого коллапса сначала появляется плотное газовое ядро, которое почти сразу превращается в чёрную дыру, а звёзды формируются уже позже или в меньшем количестве. "Галактика Бесконечности" больше соответствует второму варианту.

Плюсы и минусы открытия для науки

Это открытие даёт редкий шанс проверить теории прямого коллапса на практике и понять, как быстро могут формироваться сверхмассивные чёрные дыры.
С другой стороны, объект уникален, и без дополнительных наблюдений сложно сказать, насколько он типичен для ранней Вселенной.

Популярные вопросы о новом типе чёрных дыр

Почему эта чёрная дыра считается необычной?
Она находится не в центре галактики и, вероятно, сформировалась напрямую из газа.

Что такое прямой коллапс?
Это сценарий, при котором плотное газовое облако сразу превращается в чёрную дыру, минуя стадию активного звездообразования.

Может ли подобное открытие изменить астрофизику?
Да, оно помогает объяснить, как сверхмассивные чёрные дыры могли появиться очень рано в истории Вселенной.