Астрономия время от времени открывает объекты, которые не укладываются ни в одну из существующих классификационных категорий. MoM-BH*-1 — именно такой случай: команда исследователей во главе с Роханом Наиду из Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при Массачусетском технологическом институте (MIT) обнаружила в созвездии Кита объект, который внешне выглядит как чрезвычайно яркая звезда, но физически ведёт себя так, как не может вести себя ни одна звезда во Вселенной. Результаты работы были опубликованы 12 августа в журнале Nature, и если выводы подтвердятся дальнейшими наблюдениями, астрофизикам придётся признать существование совершенно нового класса космических объектов — «звёздных чёрных дыр».
Свет из детства Вселенной
Увидеть MoM-BH*-1 удалось благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба, и сам факт наблюдения уже поражает своим масштабом. Свет от этого объекта путешествовал к нам примерно 13 миллиардов лет, а это означает, что мы видим MoM-BH*-1 таким, каким он был всего лишь через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва — по космическим меркам, буквально в первые мгновения существования Вселенной. Именно поэтому находка столь ценна: ранняя Вселенная — это эпоха, когда, по современным представлениям, ещё не должно было существовать ни полноценных галактик, ни тем более сверхмассивных чёрных дыр, которые сегодня находятся в центре каждой крупной галактики, включая наш Млечный Путь.
Проект, в рамках которого было сделано открытие, носит красноречивое название — «Mirage or Miracle» («Мираж или чудо»), отсюда и официальное обозначение объекта: MoM-BH*-1. Название отражает саму суть проблемы, которую решали исследователи: является ли странное свечение оптической иллюзией, артефактом наблюдения или действительно доказательством чего-то принципиально нового.
Слишком ярко для рассвета
Первое, что бросается в глаза при изучении MoM-BH*-1, — это его яркость. По расчетам команды, объект излучает примерно в 100 миллиардов раз больше энергии, чем физически способна произвести отдельная звезда за счет термоядерного синтеза в своем ядре. Ни одна звезда, какой бы массивной она ни была, просто не обладает механизмом, способным обеспечить такую мощность. Это и стало первым сигналом: перед исследователями — не обычное светило.
Ответ подсказал спектральный анализ. В коротковолновой части спектра MoM-BH*-1 обнаружили чрезвычайно глубокий провал — так называемый скачок Бальмера (Balmer break), явление, которое обычно связывают с плотным водородно-гелиевым газом в атмосферах звезд. Провал оказался самым глубоким из когда-либо зафиксированных для подобных объектов, а в самом спектре почти не обнаружили тяжёлых элементов — только водород и гелий, характерные для самого молодого, самого примитивного газа ранней Вселенной.
Черная дыра в газовом коконе
Объяснение, к которому пришла команда Наиду, звучит почти парадоксально: в центре объекта действительно находится черная дыра — массой примерно 100 тысяч солнечных масс, — но она окружена настолько плотным облаком газа размером с нашу Солнечную систему, что снаружи вся конструкция излучает как единое компактное тело, похожее на звезду.
Механизм таков. Вещество из окружающей газовой оболочки падает в чёрную дыру и разгоняется до колоссальных скоростей, в результате чего нагревается до экстремальных температур и излучает огромное количество энергии — это так называемая аккреция, тот самый процесс, который питает квазары. Но в отличие от классического квазара, где излучает тонкий плоский аккреционный диск вокруг чёрной дыры, здесь энергию поглощает и преобразует плотная сферическая оболочка газа вокруг неё. Эта оболочка действует как своеобразная псевдофотосфера — внешний слой, который мы и видим, точно так же, как видим видимую поверхность обычной звезды, хотя энергия рождается совсем не так, как в ядре светила.
Исследователи предложили для этого явления отдельный термин — «черная дыра-звезда» (black hole star): молодая чёрная дыра, обернутая в газ настолько плотный, что она ведёт себя как псевдозвезда, где роль ядерного синтеза выполняет аккреция, а роль звёздной атмосферы — окружающий газовый кокон.
Почему это не просто экзотическая диковинка
Значение этого открытия выходит далеко за пределы одного удивительного объекта в созвездии Кита. В последние годы телескоп Джеймса Уэбба регулярно фиксирует в ранней Вселенной так называемые «маленькие красные точки» (little red dots) — компактные, очень красные источники света, которые встречаются буквально на каждом глубоком снимке, сделанном телескопом. Природа этих объектов долгое время оставалась загадкой: слишком яркие для обычных молодых галактик, слишком компактные для скоплений звёзд и в то же время непонятно массивные для столь раннего периода истории космоса.
«Звёздные чёрные дыры» типа MoM-BH*-1 дают естественное объяснение хотя бы части этих загадочных точек. Если такие объекты действительно распространены в ранней Вселенной, это заполняет важный пробел в одной из крупнейших нерешенных проблем современной космологии: как за считанные сотни миллионов лет после Большого взрыва успели образоваться сверхмассивные чёрные дыры, которые астрономы уже наблюдают в центрах древнейших известных галактик. «Звёздная чёрная дыра», окутанная плотным газом, который постоянно подпитывает её веществом, могла бы стать именно той промежуточной, «ускоренной» стадией роста, которой не хватало в существующих моделях эволюции — своего рода «недостающее звено» между компактными звездными черными дырами и гигантами, управляющими целыми галактиками.
Осторожный оптимизм
Несмотря на громкость выводов, сами авторы исследования предостерегают от поспешных утверждений. В научной статье прямо говорится, что модель «черной дыры-звезды» — это на данный момент лучшее объяснение на основе имеющихся данных, а не окончательно доказанный факт. Альтернативные сценарии полностью не исключены, и для уверенного подтверждения природы MoM-BH*-1 понадобятся дополнительные наблюдения — в частности, поиск подобных объектов среди уже известных «красных точек», чтобы проверить, действительно ли описанная модель работает системно, а не является уникальным случаем одного странного тела.
Впрочем, даже в качестве гипотезы MoM-BH*-1 уже меняет правила игры: астрономы получили конкретного, наблюдаемого кандидата на роль долгожданного промежуточного звена в истории роста крупнейших чёрных дыр Вселенной — и теперь знают, что и где именно искать среди тысяч других странных пятен на снимках Джеймса Уэбба.
Показательно и то, что речь идет не об единичном случае удачи, а об очередном итоге работы телескопа, который за последние годы уже успел переписать целые разделы учебников по космологии — от неожиданно зрелых галактик в первые сотни миллионов лет Вселенной до самых «маленьких красных точек», которые до запуска «Вебба» астрономы просто не могли разглядеть. MoM-BH*-1 в этом смысле не исключение, а закономерное следствие: чем глубже и четче удается заглянуть в ранний космос, тем очевиднее становится, что наши модели его ранней истории требуют существенного пересмотра.
