Разкрита: най-старата черна дупка, наблюдавана някога, датираща от зората на Вселената

Ексклузивно: астрономите са изненадани от размера на обект на 13 милиарда години, което повдига нови въпроси за това откъде идват черните дупки

Астрономите откриха най-старата черна дупка, наблюдавана някога, датираща от преди повече от 13 милиарда години от зората на Вселената.

Наблюденията от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) разкриват, че тя е в сърцето на галактика 440 милиона години след големия взрив. С около милион пъти масата на слънцето, тя е изненадващо голяма за бебешка черна дупка, повдигайки въпроса как е станала толкова голяма толкова бързо.

Проф. Роберто Майолино , астрофизик от университета в Кеймбридж, който ръководи наблюденията, каза: „Изненадата е, че е толкова масивна. Това беше най-неочакваното нещо.“

Наблюденията, публикувани на уебсайта за предпечат Arxiv, не правят директно изображение, което е невидимо, защото никоя светлина не може да излезе от хватката му. Но астрономите откриха издайнически признаци на неговия акреционен диск, ореолът от газ и прах, който се върти бързо около космическата дупка.

Астрономите вярват, че най-ранните черни дупки могат да помогнат за отключването на пъзел от как техните гигантски двойници в центъра на галактики като Млечния път са нараснали до милиарди пъти масата на слънцето. Доскоро се предполагаше, че те просто са се развивали като снежна топка в продължение на почти 14 милиарда години, постоянно нараствайки чрез сливания и чрез поглъщане на звезди и други обекти. Но този сценарий със снежна топка не може напълно да обясни епичните пропорции на днешните свръхмасивни черни дупки.

Последните наблюдения на галактиката, наречена GN-z11, разкриват произхода на това мистерия назад в ранна детска възраст на черните дупки и предполагат, че те или са се родили големи, или са се развили изключително бързо в началото.

„Разбирането откъде идват черните дупки на първо място винаги е беше пъзел, но сега този пъзел изглежда се задълбочава“, каза проф. Андрю Понтцен, космолог от Университетския колеж в Лондон, който не участва в изследването. „Тези резултати, използващи силата на JWST за надникване назад във времето, предполагат, че някои черни дупки вместо това са нараснали с огромна скорост в младата вселена, много по-бързо, отколкото очаквахме.“

Едно обяснение, известно като сценария на тежките семена, е, че ранно поколение черни дупки се е родило от директния колапс на огромни облаци от газ, а не от изгорели звезди, които са се срутили под собствената си гравитация в края на своя живот. Друга възможност е, че компактни клъстери от звезди и черни дупки са се слели много бързо в ранната вселена.

Трета, по-спекулативна хипотеза е съществуването на така наречените първични черни дупки които са възникнали по време на космическата инфлация, периодът на разширяване на Вселената по-бързо от светлината, което се е случило част от секундата след големия взрив.

Това ще се включи главата му е предполагаемият ред на игра, при който галактиките идват първи и след това черните дупки започват да растат в тях. Първичните черни дупки биха били ефективно вплетени в тъканта на космоса от самото начало.

„Ако това беше вярно, щеше да има дълбоки последици за началната част от секундата от нашата вселена“, каза Понтцен. „Така или иначе, историята за това как черните дупки и галактиките са израснали заедно е завладяваща, която едва сега започваме да събираме заедно.“

Констатациите са най-новите в поредица от зашеметяващи открития от космическата обсерватория на НАСА само две години след нейното изстрелване. JWST е около 100 пъти по-чувствителен от предишните телескопи, като Хъбъл, при откриване на инфрачервена светлина, частта от спектъра, използвана за виждане на най-отдалечените обекти. „По същество това е еквивалентно на надграждането на телескопа на Галилео до модерен телескоп. Това са 400 години открития, потенциално компресирани във времевия диапазон на операциите на JWST“, каза Майолино.

Той каза, че преди изстрелването на телескопа е имало възможност нов прозорец да отворете се за „скучно продължение на това, което знаем“. „Това не е, което виждаме“, каза Майолино. „Вселената е била доста щедра. Наистина откриваме неща, които не сме очаквали.”

Какво е черна дупка?

Черните дупки са сред най-странните и зловещи обекти във Вселената. Те имат толкова интензивна гравитация, че нито материята, нито светлината могат да избягат от хватката им. Прагът на черна дупка се проследява от нейния хоризонт на събитията, точката, от която няма връщане. Всичко, което прекрачи тази граница, е изчезнало завинаги.

Те са трудни за изучаване, защото са фундаментално невидими, но прилагането на законите на физиката предлага някои странни прозрения. При подхода към черна дупка гравитационният градиент може да бъде толкова екстремен, че обектите да се разтеглят в процес, известен като спагетификация. В хоризонта на събитията гравитацията е толкова жестока, че светлината се огъва в перфектен кръг около черната дупка, което означава, че ако стоите там, ще можете да видите задната част на собствената си глава.

Какво се крие отвъд хоризонта на събитията е неизвестно. Теорията на Айнщайн за общата теория на относителността предполага, че в центъра на черна дупка плътността ще стане безкрайна, създавайки гравитационна сингулярност. Това разкъсване в пространство-времето няма да има „къде“ или „кога“ и ще стои отвъд царството на конвенционалните закони на физиката. Но не е ясно дали такива сингулярности действително съществуват.

Черните дупки се предлагат в различни размери. Звездните черни дупки, образувани от останките на масивни звезди, могат да бъдат до 20 пъти по-масивни от нашето слънце. Свръхмасивните черни дупки, като Стрелец A* в центъра на Млечния път, могат да имат маси, еквивалентни на милиони или милиарди слънца, и играят решаваща роля в галактическата еволюция.

Астрономи постигнаха значителен напредък в наблюденията на черни дупки през последното десетилетие, с първото изображение на нечий ореол, уловен от телескопа Event Horizon през 2019 г., и наблюдения на катаклизмични сливания на черни дупки чрез откриване на гравитационни вълни, изпращани в пространство-време. Последните наблюдения и още по-далечните цели на Джеймс Уеб ще започнат да сглобяват произхода на тези енигматични обекти.

Последвайте ни в