Вселенная родилась взрослой: открытие, которое ставит под сомнение все, что мы знали о Большом взрыве

Космос продолжает бросать вызов нашим представлениям: что, если самые первые звёзды Вселенной уже успели родиться и умереть, а мы видим лишь их наследие? Именно такие смелые предположения вызывают последние данные с космического телескопа "Джеймс Уэбб", впервые заглянувшего в эпоху "космического рассвета" — период между 50 и 1000 миллионами лет после Большого взрыва, когда рождались первые звёзды и галактики.

Учёных ждал сюрприз: вместо постепенного развития они обнаружили множество необычных "маленьких красных точек" — чрезмерно ярких и красных галактик, а также зародыши сверхмассивных чёрных дыр, которые оказались слишком массивными для своего возраста.

Эти наблюдения вступили в противоречие с общепринятыми космологическими моделями. Если чёрные дыры и галактики стали такими большими так быстро, наши теории об эволюции Вселенной требуют серьёзного пересмотра. Это подтолкнуло научное сообщество к поиску новых, более смелых объяснений. Одно из наиболее ярких предложил астрофизик Джонатан Тан из Университета Вирджинии. Его модель, названная "Pop III.1", предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры могли сформироваться из остатков самых первых звёзд.

Эпоха тьмы и первого света

Согласно господствующей теории (ΛCDM, или Модели Лямбда-CDM), ранняя Вселенная переживала так называемые "тёмные века". Пространство было заполнено непрозрачным туманом из нейтрального водорода, и единственным источником света были фотоны реликтового излучения — отголоски Большого взрыва. Всё изменилось с появлением первых звёзд, известных как звёзды населения III.

Они были невероятно массивными, яркими и жили очень недолго. Их мощное ультрафиолетовое излучение начало расщеплять и повторно ионизировать водород, постепенно делая Вселенную прозрачной. Этот переломный момент, длившийся сотни миллионов лет, и называют Эпохой реионизации.

Долгое время считалось, что сверхмассивные чёрные дыры, которые мы видим в центрах современных галактик, медленно росли на протяжении миллиардов лет. Однако "Джеймс Уэбб" показал, что они существовали уже в самом начале, и их "семена" были аномально крупными. Это открытие возродило давние дебаты среди астрономов: как же эти гравитационные монстры появились так быстро?

Теория звёздных остатков: одни учёные полагали, что сверхмассивные чёрные дыры выросли из более мелких "зёрнышек" — чёрных дыр, образовавшихся после коллапса первых короткоживущих звёзд.

Теория прямого коллапса: другие предполагали, что гигантские облака газа могли коллапсировать под собственной тяжестью, минуя стадию звезды, сразу формируя массивную чёрную дыру.

Модель, предложенная Джонатаном Таном, склоняется ко второму сценарию, но с важным и элегантным уточнением.

Революционная теория Pop III.1

Джонатан Тан - профессор астрономии в Университете Вирджинии и приглашённый профессор в Технологическом университете Чалмерса (Швеция). Его статья, опубликованная в "Astrophysical Journal Letters", предлагает двухэтапную модель формирования, которая не только объясняет рождение чёрных дыр, но и может переписать историю реионизации.

Согласно теории Pop III.1, первые сверхмассивные звёзды-прародители возникали в особых условиях и были невероятно огромными. Они не просто тихо горели, а мгновенно ионизировали окружающий их газ, возвещая о своём рождении ярчайшими вспышками, которые заполняли всё пространство. Это означает, что волна ионизации могла начаться гораздо раньше, чем считалось ранее.

"Наша модель предполагает, что сверхмассивные звёзды — прародители чёрных дыр — быстро ионизировали водородный газ во Вселенной, возвещая о своём рождении яркими вспышками, заполняющими всё пространство. Интересно, что эта дополнительная фаза ионизации… может помочь разрешить некоторые недавние загадки и противоречия, возникшие в космологии, включая "напряжение Хаббла", "динамическую тёмную энергию" и предпочтение "отрицательной массы нейтрино"… Это связь, которую мы не предвидели, но она может оказаться крайне важной", — поясняет Джонатан Тан.

Это непредвиденное следствие теории может помочь решить несколько фундаментальных проблем современной космологии, бросающих вызов Стандартной модели Вселенной.

Что же видит "Джеймс Уэбб"

Если теория Тана верна, то мы становимся свидетелями парадоксальной картины. Яркие галактики и квазары, которые фиксирует телескоп, могут быть не первыми звёздами, а уже их потомками — второй волной образования, возникшей на месте исчезнувших гигантов. Первые звёзды Pop III.1 вспыхнули и коллапсировали в чёрные дыры прямого коллапса чрезвычайно быстро, и теперь мы видим результат их стремительной жизни.

Косвенные свидетельства в пользу чёрных дыр прямого коллапса (DCBH) астрономы искали годами, изучая загадочные квазары, существовавшие уже через 500 миллионов лет после Большого взрыва. "Джеймс Уэбб" предоставил первые прямые данные, подтверждающие их существование. Комментирует профессор Ричард Эллис, ведущий космолог из Университетского колледжа Лондона:

"Профессор Тан разработал элегантную модель, которая могла бы объяснить двухэтапный процесс рождения и ионизации звёзд в ранней Вселенной. Возможно, самые первые звёзды образовались в результате короткой, яркой вспышки, а затем исчезли, — а значит, то, что мы сейчас видим в телескоп Джеймса Уэбба, может быть лишь второй волной. Вселенная, похоже, ещё таит в себе сюрпризы".

Открытия "Уэбба" не просто добавляют новые детали в картину мироздания — они заставляют нас переосмыслить самую раннюю историю космоса. Теория Pop III.1 — это смелый шаг в этом направлении, который может связать воедино рождение первых чёрных дыр, ионизацию Вселенной и, возможно, даже природу тёмной энергии.