Новое исследование показало, что в ранней Вселенной было гораздо больше чёрных дыр, чем предполагалось

Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, показало, что в ранней Вселенной было гораздо больше чёрных дыр, чем предполагалось ранее. Учёные использовали данные космического телескопа «Хаббл», который помог обнаружить, что в ранних галактиках находится в несколько раз больше чёрных дыр, чем предполагалось.

Это открытие может помочь понять, как образовались эти массивные объекты и почему многие из них кажутся более массивными, чем ожидалось.

Чёрные дыры растут, поглощая окружающий материал, в процессе, известном как аккреция. Это производит колоссальное количество радиации, которое накладывает фундаментальное ограничение на то, как быстро могут расти чёрные дыры. Однако учёные столкнулись с проблемой объяснения происхождения ранних массивных квазаров, которые должны были либо расти быстрее, чем это физически возможно, либо рождаться на удивление массивными.

Источник: Pixabay / CC0 Public Domain

Существует несколько сценариев образования чёрных дыр. Одна из них заключается в том, что первичные чёрные дыры существуют вскоре после Большого взрыва. Однако массивные чёрные дыры не могли образоваться в значительных количествах согласно стандартной модели космологии. Другой сценарий заключается в том, что чёрные дыры образуются на последних стадиях коротких жизней некоторых обычных массивных звёзд. Такие чёрные дыры в принципе могли бы быстро расти, если бы формировались в чрезвычайно плотных звёздных скоплениях, где звёзды и чёрные дыры могут сливаться.

Альтернативой является то, что чёрные дыры могли образоваться из «тяжёлых семян» с массами примерно в 1000 раз больше, чем известные массивные звёзды.

Одним из таких механизмов является «прямой коллапс», в котором ранние структуры тёмной материи удерживали газовые облака, в то время как фоновое излучение не давало им образовывать звёзды. Вместо этого они коллапсировали в чёрные дыры.

Однако проблема в том, что лишь меньшинство гало тёмной материи вырастает достаточно большими, чтобы сформировать такие семена. Поэтому этот механизм работает как объяснение только в том случае, если ранние чёрные дыры достаточно редки.

Учёные также предполагают, что процессы, подобные образованию «тёмных звёзд», должны были иметь место при формировании большого количества чёрных дыр, которые мы наблюдаем в зарождающейся Вселенной. «Тёмные звёзды» — это звёзды, которые формируются путём гравитационного сжатия газовых облаков, но имеют значительное количество частиц тёмной материи, которые могут быть захвачены во время фазы сжатия. Это может привести к образованию массивных чёрных дыр.

Новые обсерватории в космосе, такие как миссия Euclid или космический телескоп Nancy Grace Roman, заполнят перепись более слабых квазаров в ранние времена. Миссия NewAthena и Square Kilometer Array в Австралии и Южной Африке откроют доступ к пониманию многих процессов, окружающих чёрные дыры в ранние времена.