Наблюдения телескопа Джеймса Уэбба (JWST) поставили перед астрономами неожиданный вопрос: как могли столь массивные черные дыры появиться уже в первые сотни миллионов лет существования Вселенной? Ответ на него предложила новая теоретическая модель.
Когда JWST впервые показал Вселенную времен так называемой «космического рассвета» — периода от 50 миллионов до миллиарда лет после Большого взрыва, — он зафиксировал структуры, напоминающие зачатки сверхмассивных черных дыр. Их масса оказалась значительно выше, чем предсказывали стандартные космологические модели для столь раннего времени. Это подтолкнуло астрономов к пересмотру привычных сценариев.
Одним из новых подходов стала теория «Pop III.1», предложенная астрофизиком Джонатаном Таном из Университета Вирджинии. Он предположил, что сверхмассивные черные дыры могли возникнуть как результат эволюции первых звезд во Вселенной — звезд III поколения. Эти объекты отличались огромной массой и короткой жизнью. Их коллапс привел к формированию черных дыр прямого коллапса, которые затем стали основой для роста сверхмассивных черных дыр.
Эта модель также объясняет, почему процесс ионизации межгалактического водорода мог начаться раньше, чем считалось. В стандартной картине на основе модели «лямбда-холодной темной материи» (LCDM) ионизация связывалась с появлением первых галактик. Согласно модели LCDM, Вселенная была окутана тьмой вскоре после Большого взрыва. Этот период известен как «космические темные века», когда Вселенная была пронизана нейтральным водородом. Единственными источниками света были фотоны «реликтового излучения», оставшегося после Большого взрыва – реликтового излучения, – и фотоны, испускаемые при реионизации нейтрального водорода. Этот последний источник фотонов был создан ультрафиолетовым излучением, испускаемым первыми звездами во Вселенной, популяцией III, которые были особенно массивными, яркими и короткоживущими. В версии Тана первые массивные звезды сыграли в этом ключевую роль, испуская мощное ультрафиолетовое излучение еще до формирования обычных звездных систем.
Результаты опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters. Авторы считают, что модель способна объяснить не только происхождение сверхмассивных черных дыр, но и ряд других космологических несоответствий, например так называемое «напряжение Хаббла».
Сверхмассивные черные дыры давно известны как объекты, влияющие на эволюцию галактик. Но данные телескопа Уэбба показали: они появились раньше и росли быстрее, чем ожидалось. Теория Pop III.1 помогает соединить эти наблюдения с общей картиной истории Вселенной и сделать объяснение процессов ее раннего развития более целостным.
