Маленькі червоні точки, виявлені JWST, можуть допомогти у розгадці таємниці перших чорних дір

Використовуючи дані космічного телескопа «Джеймс Вебб» (JWST), дослідники перевірили, чи може одна конкретна маленька червона точка містити первинну чорну діру — теоретичний об’єкт, що існував ще до появи зірок, галактичного пилу та важчих елементів.

Про це повідомляють в Університеті Джонса Гопкінса, передають OstanniPodii.com.

За словами дослідників, їх робота може дати уявлення про те, як можуть утворюватися первинні чорні діри, прямих доказів існування яких астрофізики досі не знайшли. Результати були опубліковані в журналі «Physical Review Letters».

«Чорна діра — це об’єкт, що народжується в результаті гравітаційної смерті зорі. З первинними чорними дірами все зовсім інакше», — зазначив провідний автор дослідження Валеріо Де Лука, постдокторант з кафедри фізики та астрономії Університету Джонса Гопкінса. «Вони походять з фізики раннього Всесвіту, ще до появи перших зірок, коли Всесвіт експоненціально розширювався в часі та просторі. Тож механізми утворення первинних чорних дір є іншими».

Відтоді як Стівен Гокінг у 1970-х роках вперше висунув ідею про первинні чорні діри, вчені працюють над визначенням того, які докази потрібні для підтвердження їхнього існування та відмежування їх від астрофізичних чорних дір. Нещодавно астрофізики звернули увагу на вихрові, надзвичайно гарячі диски з галактичних частинок пилу, енергії та газу — ті маленькі червоні точки на знімках JWST — щоб знайти відповіді.

«Ці маленькі червоні точки можуть оточувати астрофізичні чорні діри, і, найімовірніше, багато з них саме так і роблять, але вони також можуть бути первинними чорними дірами, якщо такі взагалі існують», — сказав Де Лука. «Тож постає питання: “Які з них є первинними та як ми можемо це визначити?”»

Щоб перевірити свою гіпотезу, дослідники звернули увагу на QSO1, який, на думку вчених, міг містити первинну чорну діру, з огляду на його вік, розмір та склад. QSO1 існував лише через 700 мільйонів років після Великого вибуху і, на відміну від інших маленьких червоних точок, майже повністю складається з водню та гелію — перших елементів, що утворилися на початку існування Всесвіту, — і не містить важчих елементів, які утворилися пізніше в ході еволюції Всесвіту.

Первинна чорна діра могла б вирости до розмірів QSO1 та утворити вихровий диск лише за особливих обставин.

«Космологічні спостереження накладають обмеження на первинні чорні діри. Наприклад, у Всесвіті може бути лише певна кількість первинних чорних дір, і в окремому скупченні їх не може бути занадто багато», — зазначив співавтор дослідження Лоріс Дель Гроссо, постдокторант з кафедри фізики та астрономії Університету Джонса Гопкінса.

Дослідники змоделювали три сценарії, щоб з’ясувати, чи могла б первинна чорна діра перетворитися на маленьку червону точку розміром з QSO1, оточену такою концентрацією інших дисків.

Найбільш ймовірний сценарій: менша первинна чорна діра втягувала й поглинала навколишній газ та енергію, доки не виросла до розмірів QSO1.

«Ця теорія, згідно з якою маленькі червоні точки можуть бути первинними чорними дірами, залишалася відкритою. Тепер ми трохи розширили її межі, продемонструвавши, що деякі сценарії є більш імовірними, ніж інші», — зазначив Дель Гроссо.

Наступним кроком дослідники планують з’ясувати, скільки зі 100 спостережених і каталогізованих маленьких червоних точок можуть бути первинними чорними дірами.

Щоб остаточно довести існування первинних чорних дір, як зазначають дослідники, їм потрібно буде знайти чорну діру, яка або занадто легка, щоб бути астрофізичною чорною дірою, або настільки стара, що з’явилася ще до появи зірок.

«Ми не маємо чіткого уявлення про те, що відбувалося у ранньому Всесвіті одразу після Великого вибуху», — сказав Де Лука. «Якщо первинні чорні діри дійсно існують, то спочатку мало статися щось, що спричинило їх утворення, і це стало б революційним відкриттям у фізиці».

Співавторами дослідження також є представники Університету Падуї та Наукового інституту космічного телескопа.