Черная дыра в ранней Вселенной: открытие, которое объясняет быстрый рост и «красные точки»

Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) существовали уже через 660 миллионов лет после Большого взрыва. Некоторые из них достигали массы порядка миллиарда солнечных, что казалось невозможным: времени на такой рост было слишком мало. Традиционные механизмы — аккреция и слияния — не могли обеспечить столь быструю эволюцию.

Дополнительную сложность создали так называемые «маленькие красные точки» — компактные источники излучения, обнаруженные космическим телескопом «Джеймс Уэбб». В их спектрах видны широкие линии водорода, что указывает на активный рост черной дыры. Однако природа этих объектов оставалась неясной: одни ученые предполагали активные ядра галактик, другие — черные дыры, укутанные в необычайно плотный газ.

Объект MoM-BH*-1: ключ к разгадке

Теперь астрономы наблюдали объект MoM-BH*-1, который выглядит как точка на снимках «Уэбба» в инфракрасном диапазоне 3,6–7,7 микрометра, но почти исчезает на коротких волнах — 0,9–2 микрометра. Между этими участками спектра обнаружился резкий бальмеровский скачок: падение яркости более чем в 20 раз. Это поглощение света атомами водорода, но его интенсивность слишком велика для обычного звездного излучения.

В спектре одновременно присутствовала яркая линия водорода Hβ и области, где этот же водород поглощает свет. Такое сочетание указывает на очень плотный газ — около 100 миллиардов атомов на кубический сантиметр. Исследователи заключили, что в центре MoM-BH*-1 находится активно растущая черная дыра, окруженная плотным газовым коконом, который рассеивает свет, делая объект красным.

Газовый кокон ускоряет рост

Чтобы проверить гипотезу, ученые создали модель прохождения света черной дыры через газовую оболочку. Модель воспроизвела наблюдаемые особенности спектра. В ней газ движется со скоростью около 500 километров в секунду и образует оболочку вокруг источника.

Такая оболочка может ускорять рост черной дыры: она задерживает излучение, которое обычно препятствует падению вещества, позволяя поглощать материю быстрее предела Эддингтона — максимальной скорости «питания» черной дыры. Авторы работы, опубликованной в журнале Nature, предполагают, что аналогичные газовые коконы могут быть у некоторых «маленьких красных точек». Если добавить к MoM-BH*-1 соседнюю галактику, объект будет выглядеть как типичная точка: галактика будет доминировать в ультрафиолете, а черная дыра — в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах.

Таким образом, MoM-BH*-1 помогает объяснить как быстрый рост первых СМЧД, так и природу «маленьких красных точек». Однако это лишь возможный сценарий, и для его окончательного подтверждения нужны дальнейшие наблюдения.