Примітка редактора: Ця стаття відображає результат комбінації рецензованих досліджень і даних, які отримані під час поточних спостережень за допомогою телескопа Джеймса Вебба, що ще не пройшли рецензію.
З моменту, коли дані з космічного телескопа Джеймса Вебба стали доступними для громадськості, дослідники активно досліджують архіви в пошуках невідомих космічних об’єктів. Під час аналізу зображень з огляду COSMOS-Web двоє науковців, Пітер ван Докум з Єльського університету та Габріель Браммер з Копенгагенського університету, виявили незвичайний об’єкт, який вони назвали Галактикою Безкінечності.
Ця галактика має дуже незвичну форму, складається з двох щільних червоних ядер, кожне з яких оточене кільцем, що надає їй вигляду символу безкінечності. Дослідники вважають, що вона утворилася в результаті прямого зіткнення двох дискових галактик. Подальші спостереження виявили, що Галактика Безкінечності містить активну надмасивну чорну діру. Найбільш дивним є те, що чорна діра знаходиться між двома ядрами в широкій області газу. Дослідники пропонують, що чорна діра могла утворитися там шляхом прямого колапсу газового хмари — процесу, який може пояснити деякі з надзвичайно масивних чорних дір, знайдених Веббом в ранньому універсумі.
Пітер ван Докум, головний автор рецензованої статті, що описує їхню первісну знахідку, пояснює, чому цей об’єкт може бути найкращим доказом нової теорії утворення чорних дір.
“Все в цій галактиці незвичне. Вона не тільки має дуже дивний вигляд, але й містить цю надмасивну чорну діру, яка активно поглинає матерію. Найбільшою несподіванкою було те, що чорна діра не розташована всередині одного з двох ядер, а знаходиться посередині. Ми запитали себе: Як це може бути?”
“Знайти чорну діру, яка не знаходиться в ядрі масивної галактики, вже саме по собі незвично, але ще більш дивним є те, як вона могла опинитися на цьому місці. Скоріше за все, вона не просто там з’явилася, а утворилася там. І досить нещодавно. Іншими словами, ми думаємо, що спостерігаємо народження надмасивної чорної діри – те, чого до цього ніколи не спостерігали.”
“Питання про те, як утворюються надмасивні чорні діри, є тривалим. Існує дві основних теорії: ‘легкі ядра’ і ‘важкі ядра’. В теорії легких ядер починається з невеликих чорних дір, які утворюються внаслідок колапсу зіркової оболонки, і зірка вибухає як наднова. Це може призвести до утворення чорної діри масою приблизно до 1,000 Сонць. Ви отримуєте багато таких в невеликій площі, і вони зливаються з часом, щоб стати набагато масивнішою чорною дірою. Але проблема в тому, що процес злиття займає час, а Вебб виявив надзвичайно масивні чорні діри в неймовірно ранні часи існування всесвіту – можливо, навіть раніше, ніж цей процес міг би їх пояснити.”
“Друга можливість – це теорія важких ядер, де набагато більша чорна діра, можливо, масою до мільйона Сонць, утворюється безпосередньо з колапсу великого газового хмари. Це дозволяє швидше утворити гігантську чорну діру. Однак проблема з утворенням чорної діри з газового хмари полягає в тому, що газові хмари зазвичай утворюють зорі під час свого колапсу, а не чорну діру, тому вам потрібно знайти спосіб цього запобігти. Не ясно, чи цей процес колапсу може працювати на практиці.”
“Розглядаючи дані Галактики Безкінечності, ми думаємо, що змогли побудувати історію, як це могло статися. Дві дискові галактики зіткнулися, утворюючи кільцеві структури зірок, які ми спостерігаємо. Під час зіткнення газ усередині цих двох галактик шокуються і стискаються. Це стиснення може бути достатнім для утворення щільного вузла, який потім колапсує в чорну діру.”
“Існує досить багато непрямих свідчень на підтвердження цього. Ми спостерігаємо широку смугу іонізованого газу, зокрема водню, з якого були видалені електрони, точно посередині між двома ядрами, навколо надмасивної чорної діри. Ми також знаємо, що чорна діра активно росте – ми спостерігаємо докази цього в рентгенівському випромінюванні з обсерваторії Чандра та в радіохвилях з Дослідницької програми Велика радіотелескопу. Поряд з цим виникає питання: чи дійсно вона утворилася там?”
“Є ще дві інші можливості, які спадають на думку. По-перше, це може бути бігла чорна діра, яку викинули з галактики, і вона просто проходить мимо. По-друге, це може бути чорна діра в центрі третьої галактики, яка знаходиться на такій самій позиції в небі. Якщо б це було у третій галактиці, ми очікували б бачити навколишню галактику, якщо тільки це не була б слабка карликова галактика. Однак карликові галактики зазвичай не містять гігантських чорних дір.”
“Якщо б чорна діра була біглою, або якщо вона була в не пов’язаній галактиці, ми б очікували, що її швидкість буде суттєво відрізнятися від швидкості газу в Галактиці Безкінечності. Ми зрозуміли, що це стане нашим тестом – виміряти швидкість газу та швидкість чорної діри і порівняти їх. Якщо швидкості близькі, в межах 30 миль в секунду (50 кілометрів на секунду), тоді стало б важко стверджувати, що чорна діра не утворена з цього газу.”
“Ми подали заявку на отримання часу з директорського фонду для продовження спостережень за цією метою за допомогою Вебба, і наші попередні результати є обнадійливими. По-перше, підтверджено наявність розширеного розподілу іонізованого газу між двома ядрами. По-друге, чорна діра чудово вписується в середину розподілу швидкості цього навколишнього газу – як і очікувалося, якщо вона утворилася там. Це є ключовим результатом, якого ми і прагнули досягти!”
“По-третє, внаслідок несподіваного бонусу, виявляється, що обидва ядер галактики також мають активні надмасивні чорні діри. Отже, в цій системі є три підтверджені активні чорні діри: дві дуже масивні в кожному з ядер галактики та одна між ними, яка, можливо, утворилася там.”
“Ми не можемо стверджувати з упевненістю, що ми знайшли чорну діру, що утворилася шляхом прямого колапсу. Однак можемо сказати, що ці нові дані зміцнюють наше припущення, що ми спостерігаємо новонароджену чорну діру, спростовуючи деякі альтернативні пояснення. Ми продовжимо детально вивчати ці дані та досліджувати ці можливості.”
Про автора
Пітер ван Докум – професор астрономії та фізики в Єльському університеті. Він є головним автором статті про Галактику Безкінечності, яка була прийнята до публікації в науковому журналі Astrophysical Journal Letters, а також головним дослідником програми директорського фонду Вебба.
