Новая теория объясняет происхождение сверхмассивных черных дыр и раннюю ионизацию Вселенной

Компьютерная симуляция ионизированного пузыря вокруг сверхмассивной звезды Population III.1 — предшественницы сверхмассивной черной дыры, сформировавшейся в ранней Вселенной. Высокоэнергетические фотоны от звезды ионизируют окружающий водородный газ, распространяясь далеко в первозданную межгалактическую среду, пока не охватят область размером в миллионы световых лет. Теория Pop III.1 предполагает, что все сверхмассивные черные дыры образовались таким образом, что привело к мгновенной ионизации всего пространства и завершению так называемых «темных веков» Вселенной. Авторы: М. Санати (Чалмерский университет и Оксфордский университет), Дж. Тан (Университет Вирджинии и Чалмерский университет).

Новое теоретическое исследование астрофизика Джонатана Тана из Университета Вирджинии предлагает всеобъемлющую модель рождения сверхмассивных черных дыр. Эти загадочные гиганты скрываются в центрах большинства крупных галактик, включая наш Млечный Путь, и обычно в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца. Их формирование долгое время оставалось предметом споров, особенно после того, как космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) начал обнаруживать множество таких черных дыр на огромных расстояниях, существовавших уже на заре Вселенной.

Теория Тана, известная как «Pop III.1», предполагает, что все сверхмассивные черные дыры образовались из остатков самых первых звезд — так называемых «Population III.1». Эти звезды, первые во Вселенной, достигали колоссальных размеров благодаря энергии, выделяемой в процессе аннигиляции темной материи. Теория уже предсказала многие из недавних открытий JWST.

В своей статье «Мгновенная ионизация ранней Вселенной сверхмассивными звездами Pop III.1», опубликованной на сервере препринтов arXiv и готовящейся к публикации в The Astrophysical Journal Letters, Тан, который также является профессором в Чалмерском технологическом университете (Гётеборг, Швеция), описывает еще одно предсказание теории, способное пролить свет на происхождение Вселенной.

«Наша модель требует, чтобы сверхмассивные звезды-предшественницы черных дыр быстро ионизировали водородный газ во Вселенной, объявляя о своем рождении яркими вспышками, заполнившими все пространство», — сказал Тан.

«Интересно, что эта дополнительная фаза ионизации, произошедшая гораздо раньше, чем та, что вызвана обычными галактиками, может помочь разрешить некоторые недавние загадки и противоречия в космологии, включая «Напряжение Хаббла», «Динамическую темную энергию» и предпочтение «Отрицательных масс нейтрино», которые бросают вызов стандартной модели Вселенной.

«Это связь, которую мы не предвидели при разработке модели Pop III.1, но она может оказаться чрезвычайно важной», — добавил ученый.

Оптическая глубина Томсона для рассеяния электронов, интегрированная до красного смещения z. Автор: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.18490

Исследование получило высокую оценку Ричарда Эллиса, одного из ведущих мировых наблюдательных космологов и профессора астрофизики в Университетском колледже Лондона, который десятилетиями изучал формирование первых галактик и появление первого света во Вселенной.

«Профессор Тан разработал элегантную модель, которая может объяснить двухэтапный процесс рождения звезд и ионизации в ранней Вселенной», — сказал Эллис. «Возможно, самые первые звезды сформировались в краткой, ослепительной вспышке, а затем исчезли — а значит, то, что мы видим сейчас с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», может быть лишь второй волной. Вселенная, кажется, все еще хранит сюрпризы».

Дополнительная информация: Jonathan C. Tan, Flash Ionization of the Early Universe by Pop III.1 Supermassive Stars, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.18490