Ученые считают, что в самом начале были чёрные дыры.
Эти черные дыры, которые астрономы никогда не обнаруживали напрямую, не образовались обычным образом: взрывной коллапс большой умирающей звезды в свою гравитационную яму. Исследователи полагают, что материя в этих черных дырах не была раздроблена последними вздохами старой звезды.
Действительно, тогда, в первые 1 миллиард лет вселенной, не было старых звезд. Вместо этого были огромные облака материи, заполняющие пространство, засеивающие самые ранние галактики. Исследователи полагают, что некоторые из этих вопросов слипались более плотно, впадая в собственную гравитацию так же, как старые звезды позже, по мере старения Вселенной. Исследователи полагают, что в результате этих коллапсов образовались сверхмассивные черные дыры, которые ранее не были звездами. Астрономы называют эти особенности "черными дырами прямого коллапса" (DCBH).
Проблема с этой теорией, однако, в том, что никто так и не нашел ее.
Но это может измениться. Новая статья из Технологического института Джорджии, опубликованная 10 сентября в журнале Nature Astronomy, предполагает, что космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), который НАСА планирует запустить в какой-то момент в течение следующих нескольких лет, должен быть достаточно чувствительным, чтобы обнаружить галактику. содержащий черную дыру из этого древнего периода истории вселенной. И новое исследование предлагает набор подписей, которые можно использовать для идентификации галактики, в которой находится DCBH.
И этому сверхмощному телескопу, возможно, не придется долго искать небо, чтобы найти его.
«Мы прогнозируем, что предстоящий космический телескоп Джеймса Вебба сможет обнаружить и различить молодую галактику, в которой находится черная дыра с прямым коллапсом… всего за 20 000 секунд», - пишут исследователи. (Позже они отметили, что в этой временной оценке были некоторые «грубые» элементы.)
Чтобы сделать свой прогноз, исследователи использовали компьютерную модель для моделирования образования DCBH в ранней вселенной. Они обнаружили, что, когда образуется DCBH, вокруг него образуются огромные, недолговечные безметалловые звезды. Таким образом, свет, исходящий из своей галактики, будет содержать подписи звезд с низким содержанием металла.
Они также обнаружили, что возникающая DCBH испускает особые, высокие частоты электромагнитного излучения, которые JWST мог бы распознать - хотя это излучение прошло бы так далеко, от галактики, движущейся так быстро в противоположном направлении, что оно превратилось бы в инфракрасное излучение время, когда оно достигло нашей солнечной системы. (Свет смещается в красную сторону или смещается в сторону более длинных волн, когда объекты во вселенной удаляются друг от друга.)
И это объясняет основную причину, по которой исследователи все еще могут только догадываться (в очень продвинутых терминах) о том, как DCBH должна выглядеть для JWST, и ждать, пока JWST действительно прибудет в космос: чтобы изучить раннюю вселенную, ученые смотреть очень далеко, на очень старый свет, который путешествовал в течение очень долгого времени. Этот свет особенно слабый, и без такого чувствительного инструмента, как JWST, человечество в настоящее время просто не может его обнаружить.
Однако, как только JWST запустится, он сможет обнаружить DCBH в относительно короткие сроки, пишут исследователи. Это потому, что существует множество черных дыр, которые исследователи уже могут обнаружить из немного более поздней вселенной, которую они подозревают, могут быть DCBH. Но эти черные дыры находятся ближе к Земле, поэтому сигналы, которые человечество может теперь обнаружить от них, были созданы позже в течение их жизненных периодов, когда доказательства того, как они образовались, были утрачены.
Исследователи заявили, что существует ряд открытых вопросов о DCBH, на которые JWST может ответить: например, образуется ли DCBH, а затем образуется вокруг него галактика, или же образовались DCBH после того, как вещество вокруг них уже скопилось вместе в звезды.
«Это одна из последних великих загадок ранней вселенной», - заявил в своем заявлении Кирк Барроу, первый автор статьи и недавний выпускник докторантуры Физической школы Джорджии. «Мы надеемся, что это исследование станет хорошим шагом к выяснению того, как эти сверхмассивные черные дыры образовались при рождении галактики».
