После запуска телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы столкнулись с неожиданной находкой: в самых ранних эпохах существования Вселенной уже присутствовали огромные сверхмассивные чёрные дыры. Это стало загадкой — по всем расчётам, с момента Большого взрыва прошло слишком мало времени, чтобы они могли вырасти до таких масштабов. Новое исследование предложило простое и логичное объяснение этому феномену, не требующее пересмотра известных законов физики.

Как могли появиться «семена» чёрных дыр

Астрофизики выделяют три возможных сценария зарождения сверхмассивных чёрных дыр (СЧД):

1. Коллапс облаков первичной материи — когда плотные скопления газа схлопываются под действием собственной гравитации.

2. Гибель массивных звёзд — прямой коллапс звёзд в чёрные дыры.

3. Слияния в звёздных скоплениях — в ранней Вселенной звёзды располагались настолько тесно, что их чёрные дыры сталкивались и объединялись почти постоянно.

Особое внимание исследователи обратили на так называемые «маленькие красные точки» — компактные объекты, обнаруженные телескопом «Джеймс Уэбб». Считается, что это и есть молодые сверхмассивные чёрные дыры, сформировавшиеся всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва и исчезнувшие спустя примерно миллиард лет. Их существование требовало объяснения.

Компьютерное моделирование древней галактики

Чтобы понять, как могли так быстро расти эти объекты, команда астрофизиков из Колумбийского университета создала высокот detailed симуляцию карликовой галактики, охватывающую первые 700 миллионов лет её эволюции.
Расчёты выполнялись более полугода на суперкомпьютере Zaratan в Университете Мэриленда. В модели использовалась усовершенствованная физика звездообразования, учитывающая сложные взаимодействия газа, излучения и гравитации.

Результаты оказались впечатляющими. Учёные выяснили, что в плотных звёздных скоплениях ранней Вселенной звёзды формировались с поразительной эффективностью — до 80 % газа превращалось в новые звёзды (в современных галактиках этот показатель не превышает 2 %).
Процесс шёл вспышками — как серия космических взрывов. После каждой волны звездообразования часть звёзд превращалась в чёрные дыры звёздной массы. Эти дыры стремительно «скатывались» к центру галактики, где сталкивались и сливались, создавая всё более массивные объекты. В результате за сравнительно короткое время формировались зачатки будущих сверхмассивных чёрных дыр.

Без нарушения законов физики

Главный вывод исследования состоит в том, что для объяснения наблюдаемых процессов не требуется «новая физика». Всё можно объяснить высокой плотностью вещества и быстрым темпом звездообразования в ранней Вселенной. Именно эти условия позволили чёрным дырам расти в десятки раз быстрее, чем в современных галактиках.

Что будет дальше

Пока что подтвердить подобные процессы напрямую невозможно: существующие гравитационно-волновые детекторы слишком чувствительны к иным диапазонам частот. Однако будущие космические интерферометры, такие как проект LISA (Laser Interferometer Space Antenna), смогут регистрировать сигналы от слияний древних чёрных дыр. Эти данные дадут шанс окончательно проверить гипотезу и заглянуть в самую молодую эпоху Вселенной.

Таким образом, загадка «ранних» сверхмассивных чёрных дыр, похоже, близка к разгадке. Их стремительное формирование не нарушает законов природы — просто условия тогда были совершенно другими, а сама Вселенная кипела от звёздных рождений и катастроф.