В июле 2025 года учёные получили захватывающие данные, позволяющие взглянуть по-новому на происхождение сверхмассивных чёрных дыр. Используя уникальные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), исследователи обнаружили необычный объект, получивший название «Галактика Бесконечности», который может послужить доказательством теории прямого коллапса газовых облаков и рождения новых гигантских чёрных дыр. Исследование, возглавляемое астрономом Питером ван Доккумом из Йельского университета и Габриэлем Браммером из Копенгагенского университета, началось с анализа изображений, полученных в рамках крупного обзора COSMOS-Web. Внимание учёных привлекла галактика с необычной формой, напоминающей знак бесконечности, состоящая из двух компактных красных ядер, окружённых кольцами. Учёные предполагают, что такой необычный внешний вид возник в результате прямого столкновения двух спиральных галактик.
Рентгеновские и радионаблюдения подтвердили наличие в «Галактике Бесконечности» активной сверхмассивной чёрной дыры. Что делает объект ещё более уникальным, так это её расположение — чёрная дыра не находится внутри ядер галактик, а расположена между ними, в области обширного газового облака, что ранее не встречалось в наблюдениях такого рода. Открытие поднимает важный вопрос о том, каким образом могли образоваться эти сверхмассивные объекты. Традиционные гипотезы классифицируют образование чёрных дыр как два возможных процесса — через «лёгкие семена» или «тяжёлые семена». Первая теория предполагает, что чёрные дыры возникают из коллапса звёздных ядер и впоследствии путем слияний растут до гигантских размеров, однако этот процесс требует значительного времени.
Второй подход объясняет происхождение сверхмассивных чёрных дыр за счёт прямого коллапса массивных газовых облаков, что позволяет получить изначально очень массивный объект. Однако механизм прямого коллапса сталкивается с рядом сложностей — по мере сжатия газ склонен к образованию звёзд, а не кому именно к чёрной дыре. Наблюдения «Галактики Бесконечности» дают новые шансы объяснить, как в условиях мощной газовой компрессии в результате столкновения галактик мог образоваться и начать активный рост чёрной дырой непосредственно в её центре. По мнению учёных, столкновение газовых дисков двух спиральных галактик вызвало сжатие и шоки в газе, что привело к образованию плотного узла, способного коллапсировать в чёрную дыру огромной массы. При этом вокруг неё сформировались кольца состояний звезд, которые и формируют характерный вид объекта.
Так называемый «головной острый» удар галактик вызвал условия, исключающие образование звёзд в самой области коллапса, что стало благоприятным фактором для возникновения чёрной дыры. Анализ спектров, полученных с помощью телескопа, также выявил обширное облако ионизированного водорода между двумя ядрами — подтверждение интенсивного взаимодействия газа в центральной части «Галактики Бесконечности». Значимость этого открытия усиливается обнаружением трёх активных сверхмассивных чёрных дыр: по одной в каждом из ядер галактик и одной в пространстве между ними. Наличие сразу трёх подобных мощных объектов в единой системе даёт новые возможности для изучения механизмов роста сверхмассивных чёрных дыр. Для подтверждения гипотезы о формировании новой чёрной дыры в результате прямого коллапса исследователи провели дополнительные измерения скорости движения газа и самой чёрной дыры.
Результаты показали совпадение скоростей в пределах экспериментальной точности, что аргументирует вероятное рождение чёрной дыры непосредственно в том газовом узле, который образовался в ходе столкновения галактик. Существуют и альтернативные объяснения, например, что чёрная дыра могла быть выброшена из другой галактики или находиться в несвязанной, слабо заметной карликовой галактике. Однако обе эти теории слабо согласуются с наблюдаемыми данными по динамике и отсутствием заметных структур вокруг неё. Это делает идею прямого коллапса наиболее перспективной и объяснимой в рамках предусмотренных современной астрофизикой сценариев. Это открытие доказывает, что современные космические телескопы, такие как Джеймс Уэбб, меняют представление об эволюции Вселенной и позволяют обнаруживать ранее невиданные процессы.
Изучение происхождения сверхмассивных чёрных дыр остаётся одной из ключевых задач астрофизики, и результаты, полученные благодаря данным JWST, приближают учёных к раскрытию загадок ранней Вселенной. Кроме того, наблюдения «Галактики Бесконечности» открывают новые направления для исследования слияний галактик и поведения тёмной материи в экстремальных областях. Понимание процессов, приводящих к формированию гигантских чёрных дыр, необходимо не только для теории чёрных дыр, но и для изучения динамической эволюции галактик, их влияния на окружающее космическое пространство и роль в развитии структур Вселенной. Профессор Питер ван Доккум подчеркивает, что хотя пока нельзя с полной уверенностью утверждать, что обнаруженный объект — это прямой коллапс чёрной дыры, полученные данные значительно усиливают эту гипотезу и исключают ряд альтернативных сценариев. Работы на этом направлении продолжатся, что позволит получить более детальные сведения о природе подобных феноменов.
Впереди ждёт множество наблюдений и исследований, которые могут раскрыть тайны формирования чёрных дыр. Текущие результаты уже являются шагом вперед на пути к пониманию самых мощных и загадочных объектов во Вселенной. Уникальное наблюдение системы с тремя активными сверхмассивными чёрными дырами предоставляет беспрецедентную возможность изучать динамику и взаимодействия в таких экзотических космических условиях. Таким образом, открытие «Галактики Бесконечности» с помощью телескопа Джеймса Уэбба — это не просто уникальное астрономическое событие. Это реальный прорыв в изучении происхождения сверхмассивных чёрных дыр и понимании процессов, которые управляли формированием ранней Вселенной.
Технологическое развитие в области астрономии открывает новые горизонты, доказывая, что космос хранит ещё множество тайн, ждущих своего открытия.
