Астрономы из Йельского университета во главе с Питером ван Доккумом наткнулись на нечто удивительное. Они изучали снимки с новейшего космического телескопа «Джеймс Уэбб» и обнаружили галактику причудливой формы, которую сразу же прозвали „Бесконечность“. И правда, она выглядит как гигантский знак инфнити — два сияющих кольца, закрученных в восьмерку. Это результат недавнего столкновения двух галактик.

Но главная загадка скрывалась в самом центре этой космической фигуры. Там, внутри огромного облака раскаленного газа, ученые нашли сверхмассивную черную дыру. И это полностью переворачивает наши представления о том, как рождаются эти монстры.

Сверхмассивная черная дыра — это гигантский гравитационный объект, расположенный в центре большинства крупных галактик (включая наш Млечный Путь). Его масса колоссальна — от миллионов до миллиардов масс нашего Солнца, сжатых в области пространства, размеры которой могут быть сравнимы с Солнечной системой. В отличие от своих меньших собратьев, которые образуются при коллапсе отдельных звезд, происхождение этих монстров до конца не ясно. Они не «засасывают» все вокруг себя, но их чудовищная гравитация управляет движением звезд в галактике и может разгонять падающую на них материю до околосветовых скоростей, заставляя ее ярко светиться в разных диапазонах.

Подробности опубликованы в издании The Astrophysical Journal Letters.

Это самое веское доказательство из всех, что у нас когда-либо были, — не скрывает эмоций ван Доккум. — Все в этой галактике необычно. Она странно выглядит, а ее черная дыра поглощает материю с бешеной скоростью. Но главный сюрприз в другом: дыра находится не в ядре ни одной из старых галактик, а строго посередине, между ними. Мы только разводили руками: как такое возможно?

Открытие заставляет по-новому взглянуть на одну из самых жарких дискуссий в астрофизике: как в ранней Вселенной успели появиться столь огромные черные дыры? Существуют две основные теории:

• Легкие семена: Черные дыры рождаются маленькими, из умерших звезд, и потом долго растут, сливаясь друг с другом.
• Тяжелые семена: Они могут родиться сразу большими из-за коллапса гигантских газовых облаков.

Первая теория не выдерживает критики — на рост просто не было времени. Вторая казалась красивой, но у нее был свой изъян: обычно такое газовое облако не коллапсирует в черную дыру, а просто рождает множество новых звезд.

Галактика «Бесконечность» может быть тем самым недостающим звеном. Ван Доккум предполагает, что во время лобового столкновения двух галактик газ в них сжался и уплотнился до невероятных значений. Это создало те самые экстремальные условия, при которых газовый комок смог схлопнуться сразу в черную дыру, минуя стадию образования звезд. Именно так, вероятно, и происходило в юной Вселении. Ученые подчеркивают, что это лишь первые данные и нужны дополнительные исследования, но уже сейчас ясно: они, возможно, впервые в истории увидели сам момент рождения сверхмассивной черной дыры.

Реальная польза этого исследования лежит в фундаментальной плоскости — это ключ к пониманию правил гравитационной «инженерии» Вселенной. Мы не будем строить двигатели на черных дырах завтра, но мы создаем и уточняем карту мироздания. Понимание того, как и при каких условиях рождаются сверхмассивные объекты, позволяет:

1. Сжать временную шкалу: Объяснить, откуда взялись гигантские черные дыры так скоро после Большого взрыва. Это решает одно из главных противоречий современной космологии.
2. Уточнить модели эволюции галактик: Сейчас общепринято, что в центре каждой крупной галактики есть черная дыра. Но как она туда попала? Данное открытие предлагает конкретный механизм, который можно искать в симуляциях и на других снимках.
3. Предсказать новую физику: Экстремальные условия столкновения галактик — это природная лаборатория, где материя ведет себя так, как мы не можем воспроизвести на Земле. Изучая это, мы можем обнаружить новые, неизвестные процессы взаимодействия газа, пыли и темной материи.

Основное замечание лежит на поверхности: интерпретация. Ученые видят компактный, очень яркий объект в центре столкновения, который активно аккрецирует вещество. Они интерпретируют его как новорожденную черную дыру, образовавшуюся по механизму «тяжелого семени». Однако столь же ярким и компактным может быть и очень плотное звездное скопление, или уже сформировавшееся ядро новой галактики, в котором черная дыра существовала и раньше, а столкновение лишь разожгло ее активность. Для окончательного подтверждения гипотезы необходимы спектроскопические данные высокого разрешения, которые точно измерят массу объекта и подтвердят, что его гравитацию нельзя объяснить ничем иным, кроме как черной дырой именно той массы, о которой они заявляют. Пока что это наиболее правдоподобная, но не единственная интерпретация данных.

Ранее ученые выяснили, как рождаются звезды в сталкивающихся галактиках.