УДК 524.6:524.882
Москвин С. Л., директор АНО ДО «Инноватор», Москва
Препринт, не проходил рецензирование · Версия 3 · CC BY 4.0 · Программа SRDP
Предыдущие версии: v1 (03.08.2026) — DOI 10.5281/zenodo.21777001; v2 (19.09.2026) — DOI 10.5281/zenodo.22849832. Концептуальный DOI всех версий: 10.5281/zenodo.21777000. Статья — сопутствующая к шагам 7 и 9 главной статьи программы SRDP [1].
Статья входит в программу SRDP (Self-Replication of Dark Particles, «саморепликация тёмных частиц») [1], которая проверяет, можно ли описать историю Вселенной как саморепликацию — процессы, темп которых зависит от числа уже имеющихся объектов. В предыдущих версиях мы связывали с SRDP сценарий «чёрные дыры первыми»: чёрная дыра образуется раньше галактики — из сгущения тёмных частиц — и служит её зародышем. В этой версии мы разделяем два утверждения. Первое — сам сценарий; он не специфичен для SRDP, и после начала наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) его обсуждают несколько групп. Прямая зацепка у него одна — динамически измеренная чёрная дыра в Abell 2744-QSO1, которая тяжелее звёзд своей галактики; косвенные — «маленькие красные точки» и рентгеновский кандидат в активные ядра GHZ9 при z ≈ 10 (ядро UHZ1 в 2026 г. оспорено). Но массы чёрных дыр в «маленьких красных точках» могут быть завышены на порядки, а переизбыток массы относительно звёзд во многом объясним отбором. Второе — собственный вклад SRDP, рост за счёт саморепликации: закон k(z) = 3Ω_Λ(z) опровергнут по 249 слияниям LIGO–Virgo–KAGRA при задержках слияний ∝ 1/t (ln B ≈ −17,3, порог −5) [2], а при z = 20…6 он давал лишь ≈ 0,6 %. Механизм образования чёрной дыры из тёмных частиц предложен качественно (сгущение среды тёмных частиц), но не доведён до уравнений. Итог: сценарий — не доказано, открыто; закон роста SRDP — опровергнуто; к объяснению ранних тяжёлых чёрных дыр SRDP пока ничего не добавляет.
Ключевые слова: чёрные дыры, тяжёлые зародыши, прямой коллапс, первые галактики, JWST, маленькие красные точки, Abell 2744-QSO1, саморепликация, программа SRDP
Вопрос. Что появилось раньше — галактики или их центральные чёрные дыры? И может ли саморепликация объяснить, почему чёрные дыры ранней Вселенной так тяжелы?
Коротко. На первый вопрос данные JWST окончательного ответа не дают, но сценарий «чёрные дыры первыми» — рабочая гипотеза в литературе, и он не опровергнут. На второй — нет: рост за счёт саморепликации в SRDP привязан к тёмной энергии, которой в ранней Вселенной почти не было, а в полную силу он опровергнут (при задержках слияний ∝ 1/t [2]). Тяжесть ранних чёрных дыр, если она подтвердится, объясняют стандартные механизмы — тяжёлые зародыши, сверхэддингтоновская аккреция, первичные чёрные дыры.
В стандартной картине первые звёзды загораются в гало тёмной материи через ~100–200 млн лет после начала горячей фазы (того, что обычно называют Большим взрывом), а сверхмассивные чёрные дыры вырастают позже, внутри уже собранных галактик [9]. Время мы указываем через красное смещение z: чем больше z, тем раньше; z ≈ 10 — около 470 млн лет после начала горячей фазы, z ≈ 7 — около 760 млн лет. Ещё до JWST эта картина испытывала трудность: квазары с массой чёрной дыры около миллиарда масс Солнца найдены уже при z ≈ 7,6, через 670 млн лет после начала горячей фазы [3]. Вырастить такую массу из «лёгкого» зародыша (остатка звезды, ~100 M☉) трудно: на эддингтоновском пределе (максимальном темпе, при котором давление излучения ещё не останавливает падение газа) масса растёт в e ≈ 2,7 раза примерно за 50 млн лет (при радиационной эффективности ε_rad = 0,1 — доле энергии покоя падающего газа, уходящей в излучение), и для роста от 100 до 10⁹ M☉ нужно ~16 таких сроков, ≈ 0,8 млрд лет непрерывной аккреции — больше, чем прошло к z ≈ 7,6 (а с учётом того, что первые звёзды появились лишь через 100–200 млн лет, на рост оставалось ≈ 0,5 млрд лет). Поэтому давно обсуждают тяжёлые зародыши 10⁴–10⁶ M☉ от прямого коллапса газового облака [4], сверхэддингтоновскую аккрецию и первичные чёрные дыры [5] (обзор — [9]).
JWST добавил к этому несколько классов наблюдений. Массу далёкой чёрной дыры обычно оценивают косвенно — по ширине линий водорода от газа, обращающегося вокруг неё (вириальная масса), или по рентгеновской светимости в предположении эддингтоновского темпа; прямое измерение по вращению газа пока есть лишь для одного объекта (QSO1).
| Объект или выборка | z | Что найдено | Оговорка | Источник |
|---|---|---|---|---|
| UHZ1 | ≈ 10,1 | кандидат в рентгеновский квазар (Chandra), M_BH ~ 10⁷–10⁸ M☉, сравнима со звёздной массой хозяина | масса — в предположении эддингтоновской аккреции; в 2026 г. оспорено: рентгеновский избыток при повторной обработке 2,0–2,9σ вместо 4,2–4,4σ и не растёт с дополнительной экспозицией, в спектре JWST признаков активного ядра нет (препринты) | [6, 7]; против — [29, 30] |
| GHZ9 | ≈ 10,1 | рентгеновский источник, M_BH ≈ 8·10⁷ M☉ [8], по [10] — (0,5–1,6)·10⁸ M☉ (при эддингтоновской аккреции) | диагностика линий не отличает ядро от звездообразования; допустимы и тяжёлый зародыш, и лёгкий со сверхэддингтоновским ростом | [8, 10] |
| GN-z11 | 10,6 | M_BH ≈ 1,6·10⁶ M☉ (log M = 6,2 ± 0,3), аккреция ≈ 5 эддингтоновских | совместимо и с тяжёлыми, и с лёгкими зародышами | [11] |
| «Маленькие красные точки» (LRD) | в основном ≈ 4–7 | компактные красные объекты с широкими линиями водорода; при z ≈ 5 их на порядок больше, чем следует из экстраполяции квазаров; вириальные M_BH ~ 10⁷–10⁸ M☉ | рентгеновски слабы (примерно на порядок ниже ожидаемого) [13]; массы по линиям могут быть завышены | [12, 13] |
| Активные ядра JWST (CEERS, JADES) | 4–7 [14]; 4–11 [15] | чёрные дыры в 10–100 раз тяжелее, чем у близких галактик той же звёздной массы (> 3σ) | по дисперсии скоростей и динамической массе — ближе к локальным соотношениям [15] | [14, 15] |
| Abell 2744-QSO1 (одна из «маленьких красных точек») | 7,04 | прямое динамическое (кеплеровское) измерение: M_BH ≈ 5·10⁷ M☉, отношение M_BH/M_* > 2 — «голая» чёрная дыра; металличность хозяина ≈ 4·10⁻³ солнечной | один объект; [16]: вероятно, массивный зародыш на ранней стадии аккреции; [17]: модели тяжёлых зародышей и сверхэддингтоновского роста воспроизводят столь бедный металлами газ с трудом, первичные чёрные дыры возможны, но требуют развития | [16, 17] |
Таблица 1. Наблюдения JWST, относящиеся к сценарию «чёрные дыры первыми» (состояние на октябрь 2026 г.).
Что говорит в пользу сценария. Самый сильный аргумент — Abell 2744-QSO1: там масса чёрной дыры измерена не по эмпирическим соотношениям, а по вращению газа, и звёздам почти не остаётся места [16]; хозяин почти не обогащён металлами [17] (элементами тяжелее гелия, которые нарабатывают звёзды), то есть звёзд в нём почти не было. Это согласуется с картиной, в которой чёрная дыра образовалась раньше заметного звёздного населения (но это один объект). Silk и соавт. [18] по данным JWST утверждают, что активность ядер на раннем этапе ускоряла, а не подавляла звездообразование, и что наблюдения косвенно указывают на распространённость массивных чёрных дыр уже на самых больших наблюдаемых z — по их выводу, чёрные дыры росли по меньшей мере одновременно с галактиками. Отношения M_BH/M_* у ранних активных ядер JWST выше локальных [14, 15]; у GHZ9 — тоже [10], у UHZ1 — если активное ядро там есть [7].
Что говорит против или ослабляет. (а) Отбор: в выборках, где ищут широкие линии, лучше видны самые тяжёлые чёрные дыры; по моделированию отбора [19] переизбыток в значительной мере (по выводу авторов — целиком) может быть кажущимся. (б) Массы «маленьких красных точек»: если широкие крылья линий созданы рассеянием на электронах плотной ионизованной оболочки, массы ниже прежних оценок примерно в 100 раз (10⁵–10⁷ M☉) [20]; в модели «звезды-чёрной дыры» (black hole star — чёрная дыра в плотной газовой оболочке, излучающей как звёздная атмосфера) [22] четыре независимых метода дают по суммарным спектрам 117 объектов 10⁴–10⁵ M☉, и тогда переизбыток относительно локального соотношения исчезает [23] (препринт). (в) Обзор [24] признаёт аккрецию на чёрную дыру наиболее правдоподобным источником излучения LRD, но рассматривает их как короткую фазу роста, а не как доказательство порядка «чёрная дыра → галактика». (г) UHZ1, первый «рентгеновский» аргумент за тяжёлые зародыши [6, 7], в 2026 г. оспорен: по [29] жёсткий рентгеновский избыток слабее и не подтверждается новыми наблюдениями, по [30] (там UHZ1 значится как UNCOVER-26185) в спектре JWST нет признаков активного ядра, и объект выглядит как бедная металлами звездообразующая галактика (оба — препринты).
Итог для сценария: «чёрные дыры первыми» в литературе — активная гипотеза с одной прямой зацепкой (QSO1) и косвенными, а не установленный факт. Вопрос открыт, и решать его будут новые динамические измерения масс.
В v2 мы предполагали, что зародышем служит сгущение среды самореплицирующихся тёмных частиц, которая на больших z ведёт себя как пыль: сгусток уплотняется вплоть до чёрной дыры, не дожидаясь остывания газа. Механизм предложен качественно [1, прил. Д (2), (5)], но не доведён до уравнений: нет ни расчёта коллапса, ни оценки, сколько таких чёрных дыр и какой массы должно получиться. В нынешней форме программы [1] у него два препятствия.
По шагу 7 главной статьи тёплая тёмная материя шага 5 задерживает первые звёзды в мини-гало на ~15–100 млн лет, а гало ярких галактик JWST при z = 10–14,5 сохраняет на 91–100 % [1, шаг 7]: ранние галактики модель не запрещает, но раннего образования чёрных дыр и не обеспечивает.
Статус: образование чёрных дыр из тёмных частиц SRDP — не доказано; механизм предложен качественно (сгущение среды тёмных частиц), но не доведён до уравнений. Это не делает невозможными первичные чёрные дыры [5], тяжёлые зародыши прямого коллапса [4] или коллапс самодействующей тёмной материи [27, 28]; это значит лишь, что SRDP их сейчас не предсказывает.
Закон шага 9 [1, 2]: масса чёрной дыры растёт с тем же удельным темпом, что и фон. Если k ≡ d ln M/d ln a — показатель роста массы с масштабным фактором a, то k(z) = 3Ω_Λ(z), где Ω_Λ(z) — доля тёмной энергии при красном смещении z; отсюда M(a) ∝ Ω_m + Ω_Λ·a³ (Ω_m, Ω_Λ — сегодняшние доли вещества и тёмной энергии). При ослабленном росте k = ε_BH·3Ω_Λ(z), где ε_BH — доля роста (0 — роста нет, 1 — закон). Множитель роста с ослабленной долей ε_BH равен (Ω_m + Ω_Λ·a₂³)^ε_BH / (Ω_m + Ω_Λ·a₁³)^ε_BH.
| Интервал | v2 (k = −3w_eff) | закон k = 3Ω_Λ (ε_BH = 1) | ε_BH = 0,55 (граница исключённой области) |
|---|---|---|---|
| от z = 20 до z = 6 | ×1,2 | ×1,006 | ×1,003 |
| от z = 10 до z = 6 | — | ×1,005 | ×1,003 |
| от z = 10 до z = 0 | ×9,8 | ×3,2 | ×1,9 |
| от z = 2 до z = 0 | ×5,3 | ×3,0 | ×1,8 |
Таблица 2. Рост массы чёрной дыры только за счёт саморепликации (Ω_m = 0,31; излучение не учтено — при z ≤ 20 его вклад меньше 1 %). Числа v2 устарели. При ε_BH = 0,5 ln B ≈ −3,85, т. е. данные против такого роста ≈ 47 : 1, но порог −5 не достигнут [2].
Выводы.
Значит, требование тяжёлых зародышей (или быстрой обычной аккреции) — общее место ранней астрофизики чёрных дыр [9], а не собственный результат SRDP, каким мы подавали его в v2.
Первичный нуклеосинтез даёт D, ³He, ⁴He и ⁷Li в отношениях, зависящих по существу от одного параметра — отношения числа барионов к числу фотонов, — который независимо измеряется по реликтовому излучению [26]. Дейтерий в звёздах и горячих дисках разрушается, а не образуется, поэтому его первичное обилие (D/H ≈ 2,5·10⁻⁵) требует горячей расширяющейся среды; протоны из кварков и глюонов образуются при кварк-адронном переходе (~150 МэВ), недоступном дискам. Вещество и лёгкие элементы возникают стандартно, а диски чёрных дыр лишь перерабатывают газ, во внешних холодных частях — в звёзды [1, прил. Д (4)].
В главной статье записана идея следующей модели [1, прил. Д (1)]: темп роста чёрной дыры может зависеть от среды, и плотная ранняя Вселенная могла быть «сытной» — это возможное объяснение тяжёлых чёрных дыр JWST. Это наша гипотеза; расчёта нет. Чтобы стать проверяемой моделью, она должна (а) задать темп как функцию плотности, (б) не противоречить пределу ε_BH ≲ 0,55 для звёздных чёрных дыр при z ≲ 1 [2] и (в) дать собственное предсказание, отличное от тяжёлых зародышей прямого коллапса, — например, для зависимости M_BH/M_* от z или от окружения. Пока нет ни одного из трёх. Статус — программа.
| Утверждение | Статус | Основание |
|---|---|---|
| Сценарий «чёрные дыры первыми» (или одновременно с галактиками) как астрофизическая гипотеза | не доказано, открыто (в литературе — активно обсуждается) | QSO1: M_BH/M_* > 2 [16]; GHZ9 [8, 10]; против — отбор [19], возможное завышение масс LRD [20, 23], оспоренное ядро UHZ1 [29, 30] |
| Тяжёлые зародыши ранних сверхмассивных чёрных дыр | не доказано, есть одна прямая зацепка (QSO1) и косвенные | [16, 23]; UHZ1 [6, 7] оспорен [29, 30]; альтернатива — лёгкие зародыши со сверхэддингтоновским ростом [10, 11] |
| Образование чёрной дыры из сгущения тёмных частиц SRDP | не доказано; механизм предложен качественно, но не доведён до уравнений | сгустки тёмной энергии в роли тёмной материи отклонены [1, прил. А]; для частицы шага 5 путь коллапса не считался, а коллапс самодействующей тёмной материи [28] требовал бы дополнительной компоненты |
| Закон роста k(z) = 3Ω_Λ(z) (ε_BH = 1) | опровергнуто | ln B = −17,3 (основная), порог −5; задержки слияний ∝ 1/t [2] |
| Ослабленный рост ε_BH ≳ 0,55 | исключено (вне предрегистрации, при той же модели задержек) | [2] |
| Ослабленный рост ε_BH < 0,55 | не доказано и не исключено | лучшее ε_BH = 0 [2] |
| «Модель требует тяжёлых зародышей» как собственный результат SRDP | снято | рост по закону при z > 6 ничтожен при любом ε_BH; требование общее для всей области [9] |
| Синтез протонов и лёгких элементов в дисках чёрных дыр | опровергнуто (снято ещё в v2) | первичный дейтерий [26] |
| Темп роста, зависящий от среды («сытная» ранняя Вселенная) | программа | расчёта нет [1, прил. Д (1)] |
Таблица 3. Статусы утверждений статьи.
Сценарий как таковой (без участия SRDP). Решающими будут: прямые динамические массы чёрных дыр в других «маленьких красных точках» (при z ≳ 4, особенно при z > 7) — повторение результата QSO1 на выборке подтвердит, что чёрные дыры бывают тяжелее своих галактик, а массы ~10⁴–10⁵ M☉, как в [23], уберут переизбыток; отношение M_BH/M_* при z > 8 с полной моделью отбора [19]; металличность хозяев (почти первичный газ, как у QSO1 [17], указывает на раннее образование чёрной дыры); после запуска космической обсерватории LISA (запланирован на 2035 г.) — гравитационные волны от слияний зародышей, чувствительные к их массам [9]. Отдельно — проверка активного ядра в UHZ1 [29, 30]: если оно не подтвердится, у сценария останется на один довод меньше. Сценарий будет сильно ослаблен, если динамические массы ранних чёрных дыр систематически окажутся на локальном соотношении M_BH–M_* или ниже.
Собственная часть SRDP. Условие фальсификации v2 «темп роста массы несовместим с −3w_eff» в новой форме закона уже сработало [2]. Следующая независимая проверка закона — каталог Gaia DR4 (2 декабря 2026 г.), критерий записан до его выхода (OSF, DOI 10.17605/OSF.IO/2NM89) [2]. Для ранних чёрных дыр собственного проверяемого предсказания у SRDP сейчас нет; оно появится, только если модель раздела 3.4 будет построена.
Сценарий «чёрные дыры первыми» отделён от модели SRDP. Как астрофизическая гипотеза он не опровергнут и получил после JWST прямую зацепку — динамически измеренную чёрную дыру в QSO1, которая тяжелее звёзд своей галактики, — и косвенные; но из-за отбора и возможного завышения масс вопрос открыт. Собственный вклад SRDP — рост массы вместе с расширением — в ранней Вселенной ничтожен, а в полную силу опровергнут по слияниям LIGO–Virgo–KAGRA при задержках ∝ 1/t; механизм образования чёрной дыры из тёмных частиц предложен качественно (сгущение среды тёмных частиц), но не доведён до уравнений. Сохранён верный вывод прежних версий: вещество и лёгкие элементы возникают в первичном нуклеосинтезе, а не в дисках.
«Мы» в тексте — авторское. Расчёты, код и проверка литературы выполнены с помощью ИИ-ассистента Claude (Anthropic) под руководством автора; ответственность за содержание несёт автор; непроверенные идеи помечены в тексте как гипотезы. Чат с ИИ предоставляется по запросу.
Связь с серией SRDP. Статья — сопутствующая к шагам 7 и 9 главной статьи программы SRDP [1]. Тест закона роста и предел на долю роста ε_BH — в статье серии [2] и приложении Г главной статьи; идея (2) приложения Д главной статьи — сам сценарий этой статьи, идеи (5), (4) и (1) — источник разделов 3.1, 3.3 и 3.4.