JWST раскрывает неожиданный поворот в формировании черной дыры и галактик

Происхождение Вселенной всегда было чем-то вроде проблемы курицы и яйца. Может быть, сначала образовались звезды и галактики, а среди них медленно срастались черные дыры? Или черные дыры появились до первых галактик?

Когда после Большого взрыва материя начала охлаждаться и объединяться, она приняла формы и объекты, которые мы наблюдаем на протяжении большей части ее 13,8-миллиардной истории. Сегодня мы видим эти объекты как звезды, расположенные в гравитационно-связанных системах, которые мы называем галактиками, которые вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в своем центре.

Традиционно считалось, что звезды и галактики были здесь первыми. Но новый анализ данных ранней Вселенной, собранных космическим телескопом Джеймса Уэбба, предполагает, что на самом деле черные дыры и галактики возникли вместе – и что черные дыры сформировали галактики, которые развивались вокруг них».

» Мы знаем, что эти чудовищные черные дыры существуют в центрах галактик вблизи нашего Млечного Пути, но теперь большим сюрпризом является то, что они присутствовали и в начале Вселенной и были почти как строительные блоки или семена для ранних галактик», — говорит астроном. Джозеф Силк из Университета Джона Хопкинса в США и Университета Сорбонны во Франции.

«Они действительно ускорили все, как гигантские усилители звездообразования, что является полным поворотом того, что мы считали возможным раньше – настолько что это может полностью поколебать наше понимание того, как формируются галактики».

Мы многого не знаем о ранней Вселенной по той простой причине, что мы не можем ее увидеть. Когда материя впервые начала объединяться в первые 500–1 миллиард лет после Большого взрыва, густая газовая дымка между звездами и галактиками сделала пространство непрозрачным.

Мы думали, что достаточно прилично разбираемся во всем. . Но затем, в последнее десятилетие или около того, мы начали находить вещи, которые не соответствовали моделям, построенным учёными. Подобно черным дырам и галактикам, которые были намного больше, чем мы думали, они могли образоваться за время, прошедшее после Большого взрыва. И когда появился JWST, он показал, что таких больших объектов значительно больше, обнаруженных даже раньше, чем мы предполагали.

Сверхмассивные черные дыры представляют собой особую проблему из-за того, как формируются некоторые черные дыры. от звезд. Когда умирает особенно большая звезда, ее ядро ​​коллапсирует, и остается черная дыра, масса которой примерно в 50 раз превышает массу Солнца.

Большие черные дыры могут образовываться в результате столкновений между этими объектами… но сверхмассивная черная дыры в миллионы и миллиарды раз превышают массу Солнца. Если эти объекты формируются с нуля, это действительно займет очень много времени, и сначала должны появиться звезды.

Данные JWST показывают, что сверхмассивные черные дыры существовали очень рано во Вселенной. история. Мы заметили чудовищ менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва: одного — через 470 миллионов лет, другого — через 400 миллионов; и, что интересно, масса последней черной дыры, около 1,6 миллиона Солнц, по-видимому, равна массам молодых галактик, вращающихся вокруг нее.

Это явно указывает на другой механизм образования черной дыры: огромная облака материи коллапсируют прямо в черные дыры, не превращаясь вообще в звезды.

Согласно анализу, проведенному Силком и его командой, это означает, что они могли присутствовать с самого раннего возраста, сосуществуя с младенцем галактики и стимулируя ее рост. Когда центральная часть облака превратилась в черную дыру, оставшиеся окраины облака стали материалом для формирования молодых звезд.

Это связано с тем, что процесс питания черной дыры вызывает мощные ветры и высокие струи. Плазма с низкой скоростью, которая прорывается через окружающее пространство, сжимая в нем звездообразующий газ и вызывая интенсивные волны звездообразования.

«Мы утверждаем, что черная дыра выбрасывает измельченные газовые облака, превращая их в звезды и значительно ускоряя скорость звездообразования», — говорит Силк.

«Мы не можем видеть эти сильные ветры или струи далеко-далеко, но мы знаем, что они должны присутствовать, потому что мы видим много черных дыр на ранней стадии. во Вселенной».

Будущие наблюдения должны помочь астрономам оценить точность этой модели и усовершенствовать ее.

Но на данный момент начинает казаться, что курица Проблема «или яйцо» — это чрезмерное упрощение: не то и не другое, а оба вместе превращают суп ранней Вселенной в великолепную популяцию галактик, каждая из которых питается черной дырой, которые ослепляют космос до тех пор, пока мы можем видеть.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.