17.08.2026. - Обнаружена самая ранняя звезда-черная дыра

Обнаружена самая ранняя звезда-черная дыра

Маленькие красные точки озадачивают астрономов с момента их обнаружения в данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), полученных в глубоком прошлом Вселенной. Их «двигатели энергии» могут напоминать недавно обнаруженное явление, получившее название «звезда-черная дыра» — раннюю, быстрорастущую черную дыру, обернутую плотным газом. Этот объект, описанный в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature исследователями из Австрийского института науки и технологий (ISTA) и международными коллегами, может помочь объяснить, как черные дыры массой в миллиарды солнечных масс образовались так скоро после Большого взрыва.

Черные дыры с массами в миллионы и миллиарды раз превышающими массу Солнца скрываются в центрах массивных галактик. Помимо того, что они являются космическими точками невозврата, они также играют решающую роль в определении судьбы галактик, влияя на их рост, эволюцию и внешний вид. Когда они активно аккрецируют материал, некоторые из этих космических левиафанов превращаются в необычайно яркие квазары. Однако их происхождение по-прежнему трудно объяснить.

«До сих пор мы очень мало знали о том, как образовались эти сверхмассивные черные дыры. Кроме того, некоторые квазары, обнаруженные в ранней Вселенной, казались слишком массивными, чтобы существовать, что заставляло астрономов называть их «проблематичными квазарами», — говорит Джоррит Матти, доцент Института астрономии Гавайского университета (ISTA).

Матти работал с первым автором Роханом Найду, доцентом Института астрономии Гавайского университета, в рамках исследования «Мираж или чудо», проведенного с использованием телескопа JWST. Исследование проводилось, когда Найду был стипендиатом программы NASA Hubble и стипендиатом Паппалардо в Институте астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института.

Обнаружив самую раннюю на сегодняшний день «звезду-черную дыру» на заре Вселенной, команда, возможно, в конечном итоге поможет разгадать тайну сверхмассивных черных дыр в далеком прошлом. Ключевой момент: этот недавно обнаруженный объект может напоминать двигатели сотен загадочных «маленьких красных точек», которые команда обнаружила в данных JWST в 2024 году — «маленьких квазаров», как их тогда описал Маттее, придумав термин «маленькие красные точки».

Объяснение того, как образовались квазары массой в миллиарды солнечных масс, когда Вселенная была так молода, десятилетиями ставило перед учеными сложные задачи. «Астрономам никогда не недоставало воображения: с момента открытия квазаров не было недостатка в теориях, объясняющих, как эти черные дыры так быстро стали такими массивными», — говорит Найду. «В ранней Вселенной должно было произойти что-то впечатляющее. Теперь, с помощью JWST, мы можем непосредственно наблюдать эту эпоху и сами увидеть, какие сценарии действительно имеют место».

Теперь, в рамках исследования «Мираж или чудо», международная команда под руководством Найду и Маттее обнаружила уникальный объект на заре космоса, который дает новые подсказки о формировании сверхмассивных черных дыр. Если ранняя Вселенная — это «космический рассвет», то сегодня ближе к космическому полудню или вечеру.

«Обзор «Мираж» или «Чудо» был разработан специально для обнаружения источников, считающихся «рискованными», то есть потенциально удивительными открытиями или просто случайными объектами, такими как холодные близлежащие звезды, похожие на далекие галактики. В ходе обзора также была обнаружена самая далекая из когда-либо подтвержденных галактик, MoM-z14», — объясняет Маттее.

Что касается объекта, обнаруженного в этом исследовании, то свет, достигающий нас сейчас, был испущен 13 миллиардов лет назад, всего через 660 миллионов лет после Большого взрыва. «Обнаруженный нами спектр — это лучшее доказательство существования газового покрова, питающего формирующуюся на ранней стадии черную дыру», — объясняет Найду. «Из-за его спектра и в честь названия обзора мы назвали объект «MoM-BH*-1».

В дополнение к характерным особенностям сверхмассивных черных дыр, MoM-BH*-1 демонстрирует свойства, обычно ассоциируемые со звездами. К ним относится спектральный «скачок», называемый бальмеровским разрывом. В случае MoM-BH*-1 этот спектральный скачок исключительно сильный — сильнее, чем те, которые наблюдаются в звездообразующих галактиках, беспыльных звездных популяциях или загадочных маленьких красных точках.

До сих пор главной проблемой в понимании маленьких красных точек было отделение излучения от излучения галактики, в которой они находятся. MoM-BH*-1 впервые решает эту проблему, предоставляя беспрепятственный обзор своего ядра. В отличие от маленьких красных точек, MoM-BH*-1, по-видимому, составляет почти весь наблюдаемый свет, оставляя мало места для света от своей родительской галактики. Вместо того чтобы быть покрасневшей из-за пыли, как считалось ранее в отношении маленьких красных точек при их первом обнаружении, черная дыра окутана газом, который смещает ее световое излучение в сторону красного конца спектра, не блокируя обзор — подобно рассеянию света, которое окрашивает закаты в красный цвет.

«Мы смоделировали MoM-BH*-1 как миниатюрную сверхмассивную черную дыру на самых ранних стадиях ее эволюции, окутанную чрезвычайно плотным турбулентным газом, образующим вокруг нее беспылевую оболочку», — говорит Найду. «Теоретические модели уже предсказывали, что ранние черные дыры, внедренные в плотный газ, могут быстро расти за счет так называемой сверхэддингтоновской аккреции».

Более того, MoM-BH*-1 находится близко к более яркой галактике, и модели предполагают, что эти два объекта в конечном итоге сольются примерно через 100 миллионов лет. Наложив спектры обоих космических объектов друг на друга, исследователи обнаружили, что объединенный спектр будет очень похож на спектр маленьких красных точек. «Если черные дыры, подобные MoM-BH*-1, внедрены в похожие галактики-хозяева, они вполне могут служить центральными двигателями молодых квазаров. Рассмотрение черной дыры как шаблона для компонента черной дыры маленьких красных точек помогает прояснить многие неопределенности, касающиеся их», — говорит Маттее.

Звезды-черные дыры в эпоху космического полудня

20 марта 2025 года на препринт-сервере arXiv было объявлено об открытии MoM-BH*-1, а также еще одной звезды-черной дыры, получившей прозвище «Утес», — аналогичного источника в эпоху «космического полудня» — пика звездообразования и роста галактик во Вселенной, примерно через 2–3 миллиарда лет после Большого взрыва. Одновременное открытие двух таких источников помогло сформировать консенсус в научном сообществе относительно того, что это действительно новый класс объектов.

Теперь, когда ученые идентифицировали звезды-черные дыры, их спектры могут служить шаблонами для новых поисков. В недавней публикации в Astrophysical Journal Letters научный сотрудник ISTA Альберто Торральба, Маттее и их коллеги описали еще одну звезду-черную дыру вблизи космического полудня. Это наблюдение еще раз подтверждает, что эти любопытные объекты можно обнаружить и в более поздние космические времена — хотя там они, вероятно, встречаются гораздо реже. Объекты, расположенные ближе к Земле, позволяют проводить более точные измерения, например, с помощью данных Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, которые Торральба и Маттее использовали в статье в журнале Nature.

Полученные результаты подчеркивают необходимость пересмотра существующих моделей эволюции сверхмассивных черных дыр и разработки новых, которые лучше соответствуют наблюдениям. «Сейчас невероятно захватывающее время: за последние два-три года было опубликовано почти тысяча статей и препринтов о маленьких красных точках», — говорит Маттее.

В совокупности эти наблюдения позиционируют черные дыры как наиболее надежное объяснение существования маленьких красных точек, предлагая путь к решению 50-летней загадки происхождения и эволюции сверхмассивных черных дыр.

«Это далеко не мираж, это вполне может быть космическое чудо», — заключает Маттее.

Источник