Астрономы, возможно, приблизились к решению давней космологической загадки: что появляется раньше — массивная галактика или сверхмассивная черная дыра в ее центре. Эти два объекта неразрывно связаны, но вопрос о первичности оставался открытым. Новые наблюдения с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) позволяют предположить, что в этой паре «первенство» принадлежит черной дыре.
Главная сложность в том, что первые сверхмассивные черные дыры образовались уже через 500 миллионов лет после Большого взрыва — по космическим меркам крайне быстро. Согласно стандартным моделям, они просто не успели бы вырасти до наблюдаемых размеров (сотни миллионов масс Солнца) за такой срок.
Существует четыре основных гипотетических сценария их образования: слияние обычных черных дыр звездной массы, формирование из сверхкрупных первых звезд, прямой коллапс газового облака в черную дыру минуя стадию звезды, а также первичные черные дыры, которые могли возникнуть в первые мгновения после Большого взрыва из-за экстремальной плотности материи. Особый интерес вызывает последний вариант, хотя прямых доказательств существования таких объектов пока нет.
Именно здесь помогли наблюдения «Джеймса Уэбба». Ученые изучили далекие галактики, получившие название «маленькие красные точки». Одна из них, Abell 2744-QSO1, существовала уже через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Благодаря случайному гравитационному линзированию, которое усилило ее свет, астрономы впервые смогли измерить массу как самой галактики, так и ее центральной черной дыры. Результат оказался необычным: черная дыра в этой галактике имеет массу около 50 миллионов масс Солнца, тогда как вся галактика — не более 75 миллионов. Это означает, что черная дыра составляет от 20 до 70% массы своей галактики, что значительно превышает типичные показатели для более близких объектов.
Такой дисбаланс можно объяснить только двумя сценариями: либо прямым коллапсом газового облака в черную дыру, либо первичным происхождением этой черной дыры. В обоих случаях она сформировалась до того, как вокруг нее собралась основная масса галактики. Следовательно, для данного конкретного объекта черная дыра оказывается тем «яйцом», из которого «вылупилась» галактика.
Авторы исследования отмечают, что пока нельзя делать окончательный вывод для всех галактик во Вселенной — необходимо изучить больше аналогичных объектов, чтобы понять, типична ли такая структура для ранних этапов существования космоса. Тем не менее, само по себе первое прямое измерение масс у столь далекой системы представляет собой важный шаг в решении этой загадки.