До наступления XXI века господствовала классическая модель рождения галактик: сначала вспыхивают первые гигантские звезды, их взрывы порождают черные дыры. Эти ЧД сливаются, поглощают газ, наращивая массу до миллионов или миллиардов солнечных. Однако в 2010-х возникли серьезные сомнения. Уже спустя миллиард лет после Большого взрыва многие галактики обладали огромными черными дырами, хотя звезды в ранней Вселенной еще не зажглись.
Загадка галактики с доминирующей черной дырой
Международная команда исследователей представила работу, подвергающую сомнению формирование первых сверхмассивных ЧД из звезд. Они доказали: объект Abell 2744-QSO1 — не просто черная дыра массой минимум 50 миллионов Солнц, но центр целой галактики. Причем звездная масса этой галактики меньше половины массы ее центральной черной дыры!
Крах классического сценария и тайна роста
Обычная схема роста сверхмассивной ЧД здесь не действует. Черная дыра поглощает материю с ограниченной скоростью (предел Эддингтона). Телескопы зафиксировали Abell 2744-QSO1 всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Трудно объяснить, как за это время ЧД поглотила больше вещества, чем содержится в ее галактике. Дополнительно, поглощение идет значительно медленнее предела Эддингтона.
"Голая" черная дыра: рекорд Вселенной
Ученые заявили: "Насколько известно, это делает QSO1 самой "голой" массивной ЧД из найденных". Галактика состоит преимущественно из черной дыры, с минимумом звезд. В современных регионах космоса соотношение массы ЧД к звездам в тысячу раз меньше.
Нехватка тяжелых элементов и ключ к разгадке
Это открытие согласуется с предыдущими данными о крайне низком содержании тяжелых элементов в объекте. Элементы тяжелее гелия и лития рождаются в звездах. Мало звезд — почти нет таких элементов. Исследователи видят единственное правдоподобное объяснение: черная дыра "первичного формирования". Она возникла не из звезды, а иным путем — возможно, через "прямой коллапс" первичного газа в ЧД, минуя звездную стадию. Или это первичные черные дыры, родившиеся в первые мгновения после Большого взрыва при огромной плотности.
Трудности гипотез и поиск альтернатив
Сценарий прямого коллапса требует мощного УФ-излучения, которого не обнаружено. Из-за этого и нехватки тяжелых элементов, астрономы склоняются к версии первичной черной дыры. Но сложность в том, что модели обычно предсказывают их маломассивными. Как они слились в первые 700 миллионов лет в объект массой 50 миллионов Солнц — загадка. Возможно, слияниям способствовало образование ЧД в плотных скоплениях. Однако современные модели первичных ЧД требуют экзотической физики.
Циклы Вселенной и надежда на объяснение
Оптимизм вселяют модели эволюции космоса, где подобные объекты возникают естественно. Гипотеза циклической Вселенной Николая Горькавого предполагает: черные дыры переживают Большой взрыв, переходя между циклами. Хотя большинство имеют солнечные массы (как фиксирует LIGO), часть этих реликтовых ЧД изначально массивна. Они становятся центрами, вокруг которых формируются галактики — сначала газовые облака, потом звезды.
