Первый миллиард лет истории космоса вызывают больше всего вопросов у ученых — у самых ранних из известных черных дыр в центре галактик поразительно высокая масса. Существует несколько гипотез, объясняющих, как они поглотили столько вещества за такое короткое время, однако новые наблюдения исключают некоторые из этих предположений, в первую очередь, гипотезу «сверхэффективного режима питания».
За минувшие 13,8 млрд лет жизни Вселенной звезды и галактики существенно изменились. Галактики стали больше и набрали массу, либо поглотив окружающий газ, либо слившись друг с другом. Долгое время астрономы считали, что черные дыры тоже постепенно увеличивались вместе со своими галактиками.
Однако рост черных дыр подчиняется определенным правилам, пишет Phys.org. Вещество, падающее в черную дыру, сначала формирует вокруг нее светящийся аккреционный диск. Вместе они образуют ядро галактики. Самые яркие из них называют квазарами. Но дело в том, что чем они ярче, тем меньше вещества попадает в черную дыру: свет создает давление, которое мешает поглощению частиц вещества.
Вот почему астрономы были удивлены, когда за последние 20 лет наблюдений за далекими квазарами раскрыли существование очень молодых черных дыр, достигших, тем не менее, весьма солидной массы в 10 млрд масс Солнца. Эти квазары возникли, по космическим меркам, почти сразу после Большого взрыва — менее чем миллиард лет спустя. Запуск космической обсерватории «Уэбб», оснащенной прибором для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (MIRI), в 4000 раз более чувствительным, чем предыдущие инструменты, привел к резкому скачку вперед в исследовании далеких квазаров.
Астрономы из Института Макса Планка (Германия) анализировали данные, полученные в ходе первого цикла наблюдений телескопа «Уэбб» за квазарами, родившимися через 770 млн лет после Большого взрыва. Форма инфракрасного спектра, заснятого прибором MIRI, сообщила ученым свойства кольца пыли в аккреционном диске квазара J1120+0641. Этот тороидальный объект, как и механизм питания древнего квазара, оказался таким же, как и у более поздних квазаров. Единственное отличие не предсказывала ни одна модель прежде: более высокая температура пыли, примерно на сто градусов выше, чем у самых далеких квазаров.
«В общем, новые наблюдения только увеличивают загадочность: ранние квазары были ужасно нормальными. В какой бы длине волн их не наблюдали, квазары были почти одинаковыми на протяжении всей истории Вселенной», — сказала Сара Бозман, главный исследователь. Не только сами сверхмассивные черные дыры, но и их механизм питания уже полностью «созрел», когда возраст Вселенной составлял 5% от нынешнего.
Исключив другие варианты, исследователи предположили, что сверхмассивные черные дыры набрали массу в самом начале, то есть, были массивными изначально. Это не останки ранних звезд. Они начали формироваться, уже обладая массой сотен тысяч масс Солнца, предположительно, в результате коллапса ранних облаков газа.
Теория относительности утверждает, что на течение времени могут воздействовать различные факторы, например, черные дыры или темная энергия. Ученые из Австралии сопоставили данные наблюдений почти 200 квазаров и пришли к выводу, что в молодой Вселенной время текло в 5 раз медленнее, чем сейчас.
