Астрономы обнаружили, что и ядро нашего Млечного Пути, и самые ранние протогалактики во Вселенной обладают удивительной особенностью: они необычайно спокойны и не излучают жесткого радиационного фона

Новое исследование показывает, что в центре Млечного Пути и в загадочных ранних протогалактиках, известных как «маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRD), находятся массивные черные дыры, окруженные мирной средой, богатой пылью и газом. Такие условия создают естественную лабораторию для пребиотической химии, а значит, Вселенная могла поддерживать химические предшественники жизни гораздо раньше, чем считалось ранее.

Руководили работой профессор Ремо Руффини и профессор Ю Ван из Международного центра релятивистской астрофизики (ICRANet) и Итальянского национального института астрофизики (INAF).

Маленькие красные точки: космические «семена» с массивными черными дырами

Не так давно космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) начал обнаруживать крошечные красные пятнышки на снимках ранней Вселенной. Астрономы ласково называют эти пятнышки «маленькими красными точками» (LRD). На инфракрасных снимках JWST они выглядят как тусклые, очень красные светящиеся точки. Что же это такое? Оказывается, это сверхкомпактные протогалактики, существовавшие в те времена, когда возраст Вселенной составлял всего несколько процентов от нынешнего.

Их радиус составляет всего несколько сотен световых лет. Для сравнения: диаметр нашего Млечного Пути — более 100 000 световых лет. Несмотря на свои небольшие размеры, малоизученные галактики таят в себе большой сюрприз: судя по имеющимся данным, во многих из них есть центральная черная дыра массой в миллионы солнечных, подобная той, что находится в ядре Млечного Пути. Другими словами, это миниатюрные галактики, построенные вокруг огромной черной дыры.

Обнаружение таких массивных черных дыр в крошечных молодых галактиках стало большой неожиданностью. Согласно одной из новых теорий, маломассивные галактики представляют собой «семена» галактик — ранние строительные блоки, в которых центральная черная дыра может составлять значительную часть общей массы галактики — на уровне десятых долей процента. Это резко контрастирует с обычными массивными галактиками, такими как Млечный Путь, где на центральную черную дыру приходится лишь малая часть общей массы — обычно менее 0,01%.

Кроме того, происхождение огромного количества черных дыр массой в миллион солнечных в ранней Вселенной ставит под сомнение стандартные модели роста черных дыр и формирования галактик, что в настоящее время является весьма актуальной темой для исследований. Столкнувшись с этой проблемой, авторы данной работы решили сравнить LRD с центральной черной дырой Млечного Пути и в отдельном исследовании (Ruffini & Vereshchagin, 2025) предположили, что прямой коллапс самогравитирующей фермионной системы может стать жизнеспособным механизмом формирования этих ранних массивных черных дыр.

Важно отметить, что эти маленькие красные точки излучают не так, как можно было бы ожидать от молодой галактики с большой черной дырой. Они ярко светятся в оптическом диапазоне, но тускло — в высокоэнергетическом, например в рентгеновском. Это стало для нас первым сигналом о том, что с ними что-то не так: похоже, им не хватает высокоэнергетического излучения, которое обычно ассоциируется с растущими черными дырами или бурным звездообразованием. На самом деле их свойства поразительно напоминают центр нашего Млечного Пути. Чтобы понять, почему это важно, давайте сначала разберемся, что делает ядро Млечного Пути таким особенным.

Удивительно спокойное ядро Млечного Пути

Млечный Путь — гигантская спиральная галактика, изобилующая звездами, но в самом ее сердце находится удивительно спокойное место. Там расположена сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*, масса которой примерно в 4 миллиона раз превышает массу нашего Солнца. Можно было бы предположить, что черная дыра такого размера будет доминировать в нашем небе, излучая мощную энергию, но на самом деле Стрелец А* практически бездействует. В настоящее время она поглощает (аккрецирует) так мало вещества, что ее светимость составляет менее одной миллиардной от ее теоретической максимальной светимости. В отличие от квазаров или других активных ядер галактик, наша черная дыра не испускает в пространство джеты или интенсивные рентгеновские вспышки.

Из-за того, что черная дыра находится в состоянии покоя, окружающая ее среда неожиданно спокойна и прохладна. В самой внутренней области Млечного Пути преобладает плотная концентрация межзвездных облаков, известная как центральная молекулярная зона (ЦМЗ), богатая холодным газом и пылью. Наблюдения за центром галактики не выявили ионизированных высокоскоростных выбросов, характерных для мощного активного ядра. Вместо этого они показывают в основном низкоэнергетическое излучение и явные признаки продолжающегося звездообразования и формирования туманных структур. В совокупности эти наблюдения рисуют картину спокойного ядра галактики.

Космическая тишина способствует развитию сложных химических процессов

Почему астрономов волнует, что центр галактики спокоен в электромагнитном смысле? Потому что в отсутствие жесткого излучения молекулы могут выживать и развиваться. Многие строительные блоки жизни — органические молекулы, такие как вода, метанол, нитрилы, аминокислоты и так далее, — хрупкие и легко разрушаются под воздействием ультрафиолетового или рентгеновского излучения. Эти молекулы, как правило, образуются в холодных и темных средах, например в частицах пыли внутри молекулярных облаков, но вспышка радиации может мгновенно разрушить их. В спокойном ядре галактики, таком как Млечный Путь, эти облака защищены от разрушительных лучей и могут стать богатыми источниками химических элементов.

В центральной молекулярной зоне Млечного Пути астрономы действительно обнаружили множество сложных органических молекул, парящих в космосе. Один из ярких примеров — облако под названием G+0.693-0.027, расположенное всего в нескольких световых годах от центра галактики. Это холодное (около 100 кельвинов) и плотное облако, в котором, что примечательно, не образуются новые звезды (поэтому оно не залито ультрафиолетовым излучением). В этом облаке исследователи обнаружили нитрилы — органические молекулы, содержащие цианидную группу (–C?N). Нитрилы являются предшественниками нуклеотидов РНК, строительных блоков РНК — важнейшей биомолекулы для жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Другими словами, это пребиотические молекулы, которые в конечном итоге могут помочь сформировать первый генетический материал для жизни.

Поразительно, что предшественник РНК плавает в облаке в центре нашей галактики. И это еще не все: ученые предполагают, что многие органические соединения, которые мы находим в метеоритах и кометах в нашей Солнечной системе, образовались в таких межзвездных облаках, прежде чем попасть в молодые планетные системы. Согласно гипотезе «мира РНК», некоторые важнейшие для зарождения жизни молекулы могли быть доставлены на раннюю Землю кометами и метеоритами, что послужило толчком к развитию пребиотической химии на нашей планете. Спокойное ядро Млечного Пути могло быть одной из космических «кухонь», где эти ингредиенты готовились в благоприятных условиях задолго до формирования Земли.

Компоненты жизни зарождались в ранней Вселенной

Если сложные органические соединения могли образоваться в ядре Млечного Пути, то могло ли то же самое происходить (или происходить) в этих крошечных красных протогалактиках 13 миллиардов лет назад? Новое исследование предполагает, что ответ, скорее всего, положительный.

В маленьких красных точках компактные ядра, окутанные пылью, могут поддерживать условия холодного молекулярного облака с температурой всего на несколько десятков кельвинов выше абсолютного нуля. В такой холодной среде атомы и простые молекулы легко прилипают к частицам пыли и остаются там достаточно долго, чтобы вступить в реакцию. В то же время очень высокая плотность газа и пыли обеспечивает обилие исходного материала, а частицы пыли действуют как микроскопические реакционные поверхности, на которых простые льды постепенно превращаются в более крупные органические молекулы.

Самое главное, что маленькие красные точки не являются источником сильного ультрафиолетового или рентгеновского излучения, поэтому хрупкие молекулы с меньшей вероятностью будут разрушены и смогут выживать, накапливаться и продолжать эволюционировать в течение длительного времени. В совокупности эти особенности делают малоизученные красные карлики тихими, богатыми пылью химическими лабораториями галактического масштаба, где вполне могли образовываться пребиотические молекулы даже в ранней Вселенной.

Идея о том, что компоненты жизни могли зародиться в самых первых галактиках Вселенной, — это принципиально новый взгляд на проблему. Ранее многие ученые полагали, что для масштабного формирования сложных органических соединений требовалось несколько поколений звезд и относительно спокойная среда, например молекулярное облако зрелой галактики. Раннюю Вселенную, напротив, часто изображают суровой и напряженной: пылающие молодые звезды, частые вспышки сверхновых и сталкивающиеся галактики, формирующиеся в бешеном ритме. Вряд ли можно было ожидать, что хрупкие молекулы выживут в таких условиях. Но маленькие красные точки намекают на островки спокойствия посреди хаоса, даже когда Вселенная была совсем юной.

Такие протогалактики с низкой плотностью межзвёздного газа были распространены в ранней Вселенной. Это означает, что условия для зарождения жизни могли сложиться гораздо раньше и в более широком масштабе, чем мы предполагали. По мере эволюции Вселенной некоторые из этих крошечных галактик, вероятно, сливались или включались в состав более крупных галактик. В ходе этих процессов органические молекулы из протогалактик с низкой плотностью межзвёздного газа распространялись по космосу, обогащая окружающую среду пребиотическим материалом.

Возможно, само наше существование связано с тем, что черная дыра в центре Млечного Пути затихла, позволив богатому химическому «бульону» вариться в темноте. А теперь представьте, что таких «бульонов» было много по всему молодому космосу. Космический запас пребиотических молекул мог быть весьма значительным на заре времен, задолго до появления планет, на которых могла зародиться жизнь. Это радикально расширяет временные рамки и места происхождения компонентов жизни. Это говорит о том, что Вселенная была потенциально биологически плодородной практически с самого начала.

Конечно, связь между ядрами галактик и реальной жизнью пока остается гипотетической. Сложные органические молекулы — это совсем не то же самое, что живые организмы. Но их обнаружение в неожиданных местах и в неожиданное время устраняет разрыв между астрономией и биологией. Это значит, что история жизни не ограничивается Землей или даже планетными системами, а переплетается с историей галактик и звезд. Это все равно что обнаружить, что галактики «пекут хлеб» по рецепту жизни и разбрасывают его вокруг, чтобы он мог стать частью новых миров.

Это открытие основано на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб», находящегося в ведении Научного института космического телескопа (STScI), который является членом Международного центра релятивистской астрофизики (ICRA).