Процесс образования массивных черных дыр

Смоделировав на суперкомпьютере первые 400 миллионов лет жизни Вселенной, исследователи с удивлением обнаружили неизвестный ранее процесс, который приводит к появлению массивных черных дыр. Оказалось, что они могут расти в плотных темных регионах с подавленным звездообразованием, и это настоящий переворот в современном представлении об этих объектах. Выводы ученых представлены в журнале Nature.

«В нашем исследовании мы нашли совершенно новый механизм, который приводит к образованию массивных черных дыр в ореолах темной материи. По сути, для этого очень плотным облакам газа просто нужно находиться регионе с интенсивной конвергенцией материи», – рассказывает Джон Уайз, ведущий автор исследования из Технологического института Джорджии (США). Смоделированный ореол темной материи, в котором вращающийся диск из газа распадается на три сгустка, сжимающихся под действием гравитации в сверхмассивные звезды. Credit: John Wise, Georgia Institute of Technology

Свет, исходящий из окружения первых массивных черных дыр во Вселенной, настолько интенсивен, что способен достигать наших телескопов, преодолевая огромные расстояния, превышающие 13 миллиардов световых лет. Однако изучение этих гравитационных монстров до сих пор не дало ответа на вопрос, как они образовались. Одними из предков самых древних черных дыр могут быть звезды, которые превосходят по массе Солнце примерно в десять тысяч раз, но их природа и существование все еще обсуждаются.

Проведенное исследование предлагает новый и очень многообещающий путь к решению этой загадки. Смоделировав юную Вселенную, на отметке в 270 миллионов лет после Большого взрыва команда заметила десять массивных регионов, в которых должны были рождаться звезды, однако в них находились лишь плотные облака газа.

«Ключевой сигнатурой областей, в которых рождались массивные черные дыры в юной Вселенной, являются быстрорастущие облака газа – предшественники всех современных галактик. Когда некоторые из этих регионов в ореолах темной материи, служащие гравитационным клеем для всех космических структур, быстро набирают массу, нормальное звездообразование подавляется, и создаются идеальные условия для роста черных дыр, так как у них не остается конкурентов в борьбе за падающее в ореолы вещество», – объяснил Джон Уайз. Смоделированная область протяженностью 30 000 световых лет показывает скопление самых первых галактик, которые генерируют излучение и нагревают окружающий газ. Гало темной материи, находящееся за пределами этого региона, образует три сверхмассивные звезды, каждая из которых в 1000 раз превышает массу нашего Солнца. Эти звезды быстро умрут, образовав массивные черные дыры, которые в конечном итоге разрастутся в сверхмассивные. Credit: Advanced Visualization Lab, National Center for Supercomputing Applications

Ранее считалось, что только интенсивное ультрафиолетовое излучение близлежащей галактики могло подавить образование звезд в регионе, формирующем черную дыру. Но, хотя в новой работе оно все еще имеет значение, его роль уже не является главной.

«Мы увидели, как в изолированных чрезмерно плотных областях Вселенной рождаются массивные черные дыры. Темная материя создает большую часть гравитации в них, и газ под ее воздействием может образовывать либо звезды, либо массивную черную дыру», – добавил Джон Уайз.

Следующим шагом ученые называют моделирование роста галактик вокруг этих массивных черных дыр, которое поможет понять их эволюцию, а также наметить регионы поиска и способы обнаружения.

Источник: Роман Захаров/InSpace