JWST: древние черные дыры и галактики бросают вызов теориям

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил сотни загадочных «маленьких красных точек», которые начали появляться примерно через 650 миллионов лет после Большого взрыва, что ставит под сомнение представления астрономов о ранней Вселенной. Эти объекты, никогда не наблюдавшиеся до запуска телескопа в 2022 году, — лишь одна из нескольких загадок, включая черные дыры, которые кажутся невероятно массивными для своего возраста, и древние галактики, противоречащие устоявшимся теориям космической эволюции.

Астрофизик Шарлотта Мейсон из Центра космического рассвета в Копенгагене проанализировала спектр света одного из «маленьких красных точек». Если эти объекты представляют собой черные дыры, окутанные плотными газовыми облаками, часть света должна была измениться, проходя сквозь газ, однако анализ ее команды этого не показал. Теперь Мейсон подозревает, что газ может быть неоднородным, с «дырами», позволяющими свету выходить наружу, что лучше соответствует наблюдениям.

Черные дыры, обнаруженные JWST в ранней Вселенной, имеют массу до миллиарда солнечных масс, что создает серьезную проблему для теоретиков. «Чтобы они стали такими большими так быстро, приходится идти на ухищрения», — говорит Дженни Грин, астрофизик из Принстонского университета. Стандартный коллапс звезды дал бы черные дыры-семена массой около 100 солнечных, но достижение миллиарда солнечных масс в короткий срок требует «принудительного вскармливания» сверх предела Эддингтона. Недавние симуляции показывают, что сверхэддингтоновская аккреция возможна, если аккреционный диск «раздувается», позволяя газу поступать с необычайной скоростью. В 2024 году JWST наблюдал черную дыру, существовавшую примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, которая аккрецировала вещество со скоростью, в 40 раз превышающей предел Эддингтона.

Другая «маленькая красная точка», относящаяся к эпохе примерно через 750 миллионов лет после Большого взрыва и гравитационно линзированная скоплением галактик на переднем плане, была идентифицирована как «голая» сверхмассивная черная дыра массой около 50 миллионов солнечных. Поскольку вокруг нее не обнаружено звезд, этот объект мог сформироваться в результате прямого коллапса газового облака, а не из звездного семени.

Ранние галактики также удивительно яркие. Рэйчел Сомервилл, старший научный сотрудник Института Флэтайрон, представила новые симуляции на встрече в Хельсингёре (Дания) в апреле 2026 года. Она объяснила, что звездообразование значительно усиливается примерно через 420 миллионов лет после Большого взрыва, а к 550 миллионам лет формируется «хорошая галактика». Самая древняя галактика, найденная JWST, существовала всего через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Среди предложенных объяснений яркости — более эффективное звездообразование, периодические вспышки или образование чрезвычайно массивных звезд.

Прибор среднего инфракрасного диапазона JWST показал, что ранние галактики неожиданно разнообразны. Некоторые, по-видимому, очистились от газа и пыли, демонстрируя только голые звезды, тогда как другие остаются богатыми газом. Избыток азота в некоторых галактиках указывает на присутствие множества очень массивных звезд, которые взорвались как сверхновые, обогатив галактики этим элементом.

Такие наблюдения связаны с эпохой реионизации, когда излучение первых галактик и черных дыр ионизировало нейтральный водород, положив конец космическим темным векам. Первые звезды, которые, как считается, были в сотни или тысячи раз массивнее Солнца, создали тяжелые элементы и рассеяли их через взрывы сверхновых. «Мы смотрим в прошлое, на то, что создало нас», — говорит Лизе Кристенсен, астрофизик из Центра космического рассвета.