Что появилось раньше: черные дыры или галактики? Последние наблюдения дают некоторые подсказки
Недавние открытия, сделанные космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (JWST), проливают свет на некоторые ключевые механизмы ранней Вселенной, в частности на роль черных дыр в формировании галактик. Эти наблюдения свидетельствуют о сложном взаимодействии между черными дырами и звездообразованием и помогают ответить на интересный вопрос: что появилось раньше — черные дыры или галактики?
Астрономы давно пытаются разгадать тайны ранней Вселенной. Космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST), обнаруживающий инфракрасное излучение, открыл некоторые из самых старых галактик. Считается, что эти светящиеся и компактные галактики содержат черные дыры, которые не соответствуют современным теориям о хронологии Вселенной. Недавние наблюдения с помощью JWST раскрывают ключевые механизмы ранней Вселенной, в частности, роль черных дыр в формировании галактик.
В исследовании, опубликованном в журнале группой специалистов из Университета Колорадо в Боулдере и Университета Джона Хопкинса, представлены результаты, указывающие на то, что черные дыры могли существовать гораздо раньше, чем предполагают современные теории, играя важнейшую роль не только в затухании внутри галактик, но и в стимулировании звездообразования в ранних галактиках. Затухание — это процесс, при котором образование новых звезд в галактике замедляется или прекращается вовсе. Эти открытия настолько далеки от истины, что могут пошатнуть устоявшиеся парадигмы о последовательности основных космических событий после Большого взрыва.
Новое понимание черных дыр?
Митчелл Бегельман и Джозеф Силк, два ведущих автора исследования, бросают вызов устоявшемуся порядку космогонии, предполагая, что черные дыры — не просто конечный продукт эволюции звезд, а существовали параллельно с самых ранних этапов развития Вселенной. Эта гипотеза знаменует собой поворотный момент в нашем понимании космической структуры, ставя эти загадочные образования в центр динамики формирования галактик.
Согласно их модели, черные дыры выступают в роли катализаторов в процессе создания звезд. В этом сценарии черные дыры, благодаря своей интенсивной аккреционной активности и испускаемым ими энергичным струям, сжимают окружающий газ, способствуя конденсации вещества и провоцируя рождение звезд. Это динамическое взаимодействие между черными дырами и межзвездной средой способствует быстрому увеличению скорости звездообразования в новорожденных галактиках, подчеркивая конструктивную роль черных дыр в космической эволюции.
Бегельман поясняет в пресс-релизе: "Существующая теория описывает переход от первых поколений звезд к галактикам, в которых доминируют звезды. Затем, ближе к концу этого процесса, черные дыры начинают расти". Перевернутый взгляд на роль черных дыр в космической эволюции основан на более поздних данных, собранных космическим телескопом "Джеймс Уэбб", который позволил наблюдать далекие галактики с беспрецедентной точностью. Наблюдения Бегельмана и Силка показывают, что яркие и активные ранние галактики содержат сверхмассивные черные дыры, которые не гасят звездообразование, а, наоборот, стимулируют его в рамках положительной отдачи.
Последствия для формирования галактик
Однако эти симбиотические отношения между черными дырами и звездообразованием не вечны. Со временем, когда черные дыры растут и потребляют вещество с бешеной скоростью, они истощают запасы газа в своей галактике-хозяине. Это чрезмерное потребление приводит к уменьшению количества вещества, доступного для образования новых звезд, что знаменует переход к отрицательной обратной отдачи.
Мощные ветры и джеты, испускаемые черными дырами, которые раньше помогали сжимать газ для формирования звезд, теперь рассеивают этот газ, не давая ему конденсироваться в новые звезды. Эта инверсия обратной отдачи — от положительной к отрицательной — знаменует собой поворотный момент в жизни галактики, когда роль черных дыр меняется с содействия звездообразованию на его подавление.
На основе анализа световых спектров и химических сигнатур наблюдаемых галактик команда определила, что этот решающий поворот произошел около 13 миллиардов лет назад, через миллиард лет после Большого взрыва. Это открытие подчеркивает важность целенаправленных наблюдений за ранней Вселенной, чтобы уточнить наше понимание галактик с точки зрения их структуры, состава и активности.
Для подтверждения гипотезы о коэволюции черных дыр и звезд необходимы передовые компьютерные симуляции. Бегельман и Силк знают о предстоящих трудностях, но с оптимизмом смотрят на будущее подтверждение их модели научным сообществом. Они ожидают, что технологический прогресс и будущие наблюдения JWST позволят продолжить изучение этой смелой гипотезы.