Несподівано масивна чорна діра, майже позбавлена зірок, змусила астрономів переглянути уявлення про перші етапи еволюції Всесвіту.
Спостереження телескопа «Джеймса Вебба» виявили об’єкт Abell 2744-QSO1, що існував лише через 700 мільйонів років після Великого вибуху. Його чорна діра вже мала масу близько 50 мільйонів Сонць. При цьому навколо неї майже не було зірок. Така конфігурація виглядає нетиповою.
У класичній моделі чорні діри ростуть разом із галактиками. Зірки формуються першими, а потім частина з них колапсує. Саме так пояснюють появу надмасивних чорних дір. У випадку QSO1 ця схема не працює.
«Це загадка, адже традиційна теорія передбачає спільне формування зірок і чорних дір», — зазначив Боюань Лю. Галактика-господар містить надто мало зоряної маси. Її недостатньо, щоб «виростити» таку чорну діру. Виникає фундаментальна суперечність.
Щоб пояснити це, дослідники звернулися до ідеї «первинних чорних дір», тобто «об’єктів, що могли виникнути безпосередньо з флуктуацій щільності після Великого вибуху». Таку можливість ще у 1970-х роках обговорювали Стівен Гокінг і Бернард Карр. Більшість таких дір мали б бути малими. Але окремі могли швидко зростати.
Команда створила нові чисельні симуляції. Вони враховували рух газу, формування зірок і вибухи наднових. Модель починалася з масивного первинного ядра. Далі відстежувався його розвиток у часі.
Результати добре узгодилися зі спостереженнями JWST. Відповідала не лише маса чорної діри. Співпали також низька зоряна маса і хімічний склад оточення. Це зробило сценарій первинного походження правдоподібним.
«Звичайні теорії не здатні відтворити ці дані», — підкреслив Лю. Водночас модель первинних чорних дір не доведена остаточно. Вона лише не суперечить спостереженням. Потрібні нові приклади.
Проблеми залишаються. Стандартні моделі рідко дають первинні чорні діри більші за мільйон сонячних мас. Для пояснення QSO1 потрібні додаткові механізми. Наприклад, ранні злиття в щільних групах.
Якщо подібні об’єкти траплятимуться частіше, історія народження чорних дір може виявитися старшою за історію зірок. Це змінить уявлення про перші сотні мільйонів років існування Всесвіту. Нові дані JWST стануть вирішальними.