Почему мы не могли появиться раньше: раскрыты тайны зарождения Вселенной и роли чёрных дыр

В новом исследовании учёные обнаружили поразительные закономерности в эволюции вселенной с момента Большого взрыва 13,8 миллиардов лет назад. Работа ученых основывается на данных, полученных от телескопа Джеймса Уэбба.

Исследование показало, что за всю историю космоса сверхмассивные чёрные дыры и звёзды производили примерно одинаковое количество энергии. Оба эти «двигателя» вселенной питаются газом, что предполагает саморегуляцию их роста в галактиках. Звёзды, например, генерируют мощные ветра и взрываются как сверхновые, удаляя окружающий их газ. Аккрецирующие чёрные дыры также создают ветра и радиацию, которые выталкивают и нагревают окружающий газ. И звезды, и черные дыры избавляются от газа, который их питает.

Интересно, что время роста сверхмассивных чёрных дыр сопоставимо с возрастом ранней Вселенной. Это предполагает, что на поздних этапах космической истории эпизоды роста чёрных дыр были кратковременными, позволяя звёздам формироваться из холодного газа.

Однако в ранней Вселенной, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, ситуация была иной. Галактики были богаты газом, поскольку еще не превратили большую его часть в звезды, что способствовало росту чёрных дыр.

Возникающий в результате процесса нагрев окружающего газа должен был подавить формирование звёзд на большую часть времени и привести к появлению галактик со сверхмассивными черными дырами по сравнению с наблюдаемым соотношением между звездной массой и массой черной дыры в локальной Вселенной.

Новые данные подтверждают, что галактики красного смещения содержат сверхмассивные чёрные дыры, превышающие ожидания относительно массы звёзд в современной Вселенной. К настоящему времени масса сверхмассивных чёрных дыр составляет всего 0,1% от звёздной массы в галактических сфероидах. Тем не менее, эффективность преобразования покоящейся массы в излучение у звёзд в тысячу раз ниже, чем у чёрных дыр, что делает их равными участниками энергетического баланса в галактиках.

Открытие в корне меняют представления о ранней Вселенной, привнося новые инсайты о том, как работает Вселенная. Также исследование указывает на то, что жизнь была менее вероятна в первый миллиард лет после Большого взрыва. Это связано с нехваткой элементов, необходимых для жизни, таких как углерод и кислород, а также с высокоэнергетическим излучением квазаров, подавляющим жизнь на ранних планетах. Все описанные процессы объясняют, почему мы появились во Вселенной значительно позже этих событий.