Маленькие красные точки, обнаруженные JWST, могут помочь разгадать тайну первых черных дыр

Используя данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), исследователи проверили, может ли одна конкретная маленькая красная точка содержать первичную черную дыру — теоретический объект, существовавший еще до появления звезд, галактической пыли и более тяжелых элементов.

Об этом сообщают в Университете Джонса Хопкинса, передают OstanniPodii.com.

По словам исследователей, их работа может дать представление о том, как могут образовываться первичные чёрные дыры, прямых доказательств существования которых астрофизики до сих пор не нашли. Результаты были опубликованы в журнале «Physical Review Letters».

«Черная дыра — это объект, рождающийся в результате гравитационной смерти звезды. С первичными черными дырами всё совсем иначе», — отметил ведущий автор исследования Валерио Де Лука, постдокторант кафедры физики и астрономии Университета Джонса Хопкинса. «Они происходят из физики ранней Вселенной, ещё до появления первых звёзд, когда Вселенная экспоненциально расширялась во времени и пространстве. Поэтому механизмы образования первичных чёрных дыр иные».

С тех пор как Стивен Хокинг в 1970-х годах впервые выдвинул идею о первичных чёрных дырах, учёные работают над определением того, какие доказательства необходимы для подтверждения их существования и отделения их от астрофизических чёрных дыр. Недавно астрофизики обратили внимание на вихревые, чрезвычайно горячие диски из галактических частиц пыли, энергии и газа — те маленькие красные точки на снимках JWST — чтобы найти ответы.

«Эти маленькие красные точки могут окружать астрофизические чёрные дыры, и, скорее всего, многие из них именно так и делают, но они также могут быть первичными чёрными дырами, если такие вообще существуют», — сказал Де Лука. «Поэтому возникает вопрос: “Какие из них являются первичными и как мы можем это определить?”»

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи обратили внимание на QSO1, который, по мнению учёных, мог содержать первичную чёрную дыру, учитывая его возраст, размер и состав. QSO1 существовал всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва и, в отличие от других маленьких красных точек, почти полностью состоит из водорода и гелия — первых элементов, образовавшихся в начале существования Вселенной, — и не содержит более тяжёлых элементов, образовавшихся позже в ходе эволюции Вселенной.

Первичная чёрная дыра могла бы вырасти до размеров QSO1 и сформировать вихревой диск лишь при особых обстоятельствах.

«Космологические наблюдения накладывают ограничения на первичные чёрные дыры. Например, во Вселенной может быть лишь определённое количество первичных чёрных дыр, и в отдельном скоплении их не может быть слишком много», — отметил соавтор исследования Лорис Дель Гроссо, постдокторант кафедры физики и астрономии Университета Джонса Хопкинса.

Исследователи смоделировали три сценария, чтобы выяснить, могла ли первичная чёрная дыра превратиться в маленькую красную точку размером с QSO1, окружённую такой концентрацией других дисков.

Наиболее вероятный сценарий: меньшая первичная чёрная дыра втягивала и поглощала окружающий газ и энергию, пока не выросла до размеров QSO1.

«Эта теория, согласно которой маленькие красные точки могут быть первичными чёрными дырами, оставалась открытой. Теперь мы немного расширили её границы, продемонстрировав, что некоторые сценарии более вероятны, чем другие», — отметил Дель Гроссо.

Следующим шагом исследователи планируют выяснить, сколько из 100 наблюдаемых и каталогизированных маленьких красных точек могут быть первичными чёрными дырами.

Чтобы окончательно доказать существование первичных чёрных дыр, как отмечают исследователи, им нужно будет найти чёрную дыру, которая либо слишком лёгкая, чтобы быть астрофизической чёрной дырой, либо настолько старая, что появилась ещё до появления звёзд.

«У нас нет четкого представления о том, что происходило в ранней Вселенной сразу после Большого взрыва», — сказал Де Лука. «Если первичные черные дыры действительно существуют, то сначала должно было произойти нечто, что привело к их образованию, и это стало бы революционным открытием в физике».

Соавторами исследования также являются представители Университета Падуи и Научного института космического телескопа.

• телескоп Уэбба
• Черные дыры
• маленькие красные точки