Новая гипотеза объясняет, как могли появиться первые сверхмассивные черные дыры

Мало кто будет спорить с мнением, что сверхмассивные черные дыры являются одними из самых смертоносных астрономических объектов во Вселенной. Невероятный уровень их гравитации не позволяет ничему, даже свету, избежать поглощения, как только объект пересекает границу их горизонта. Поэтому неудивительно, что эти «космические обжоры» не ослабляют уровень внимания ученых в свою сторону еще с начала 20-го столетия.

Современная наука считает, что так называемые сверхмассивные черные дыры присутствуют в центре практических всех крупных (и не только) галактик, включая нашу собственную. В то же время для науки до сих пор остаются без ответа многие вопросы, связанные с природой этих объектов. Однако новое исследование международной группы астрономов, возможно, дает ответ на один из самых интересных вопросов, связанных со сверхбольшими черными дырами: как именно сверхмассивные черные дыры, обладающие массой в миллионы, а то и миллиарды раз превосходящей массу нашего Солнца, могли так быстро образоваться еще на заре истории нашей Вселенной. Ведь наблюдения за первыми галактиками показали, что чёрные дыры в их центре стали сверхмассивными всего через 800 тысяч лет после появления Вселенной.

Используя компьютерное моделирование, исследователи выяснили, что эти гиганты действительно способны очень быстро разрастаться, если будут высасывать достаточно жизни (читай: впитывать излучения) из соседних галактик, при этом существенно замедляя процесс звездообразования в таких галактиках. Происходить это могло следующим образом: соседняя с черной дырой галактика время от времени выплевывает мощные всплески космического излучения, которые делят молекулярный водород (H2) на атомный водород, тем самым не позволяя образовываться новым звездам, так как весь образовавшийся материал засасывается черной дырой, позволяя ей быстро накапливать свою массу. Выводы астрономов были опубликованы в последнем номере журнала Nature Astronomy.

«Коллапс галактик и формирование черных дыр с массой в миллион раз больше массы Солнца занимает в этом случае всего около 100 000 лет – фактически мгновение по космическим меркам», — объясняет соавтор работы и профессор астрономии из Колумбийского университета Золтан Хайман.

«Через несколько сотен миллионов лет черная дыра превращается в сверхмассивную черную дыру, разрастаясь до массы, которая уже в миллиарды раз превосходит солнечную. И это уже гораздо быстрее, чем мы могли бы ожидать».

Несмотря на их нынешние чрезмерные аппетиты, самые первые сверхмассивные черные дыры, если можно так выразиться, все же придерживались некоторых «стандартов поведения за столом». Исследователи установили, что находящаяся по соседству с черной дырой галактика должна обладать определенным размером, яркостью, а также находиться на определенной дистанции с галактикой, в которой собственно находится сама черная дыра. Тем не менее размеры галактики-донора и расстояние до галактики-носителя сверхмассивной черной дыры могут быть гораздо меньше, чем говорили предыдущие исследования.

«Соседняя галактика в таком случае не должна находиться слишком близко или слишком далеко, или, как говорит «принцип Златовласки», быть слишком холодной или слишком горячей», — сообщает еще один соавтор исследования, Джон Уайз, профессор астрофизики из Технологического института Джорджии (США). — То есть только при наличии галактики-донора правильного размера и правильной удаленности от галактики-носителя черной дыры мы можем получить такой сверхбыстрый рост последней».

Исследователи считают, если мы разберемся в том, как могли образоваться первые и самые древние черные дыры, мы сможем лучше понять, какой была Вселенная задолго до начала существования нашей Солнечной системы. Ученые уже планируют продолжить разбираемое сегодня исследование и одной из задач ставят изучение того, как именно слияние миллионов черных дыр и звезд могло привести к появлению самых древних сверхбольших черных дыр.

«Понимание того, как могли появиться сверхмассивные черные дыры, сможет рассказать нам о том, как формировались и развивались галактики, включая нашу собственную, а также наделить нас новой информацией об истории Вселенной, в которой мы все живем», — подытожил ведущий автор исследования, Джон Реган, докторант Городского университета Дублина.