Как во Вселенной появились самые первые черные дыры?

Если говорить в общем смысле, во Вселенной существует два вида черных дыр. Первый – это черные дыры звездной массы и относительно небольшого размера. Они рождаются в результате гибели старых звезд. Притягивая с помощью гравитации и поглощая газ, другие звезды и прочую материю космоса они превращаются в сверхмассивные черные дыры (второй вид) – существенно более крупные и массивные объекты. Ученые считают, что сверхмассивные черные дыры первыми появились во Вселенной. Но как это могло произойти, если долгое время в ранней Вселенной не было звезд, из которых они могли родиться?

Взгляните на картинку выше. На ней показана одна из самых больших (сверхмассивных) черных дыр в нашей Вселенной. Посмотрите, как на ее фоне выглядят размеры орбит Нептуна (самой дальней планеты Солнечной системы) и орбиты Земли. В астрономии расстояния принято считать световыми годами, месяцами, неделями, сутками, часами и минутами. Если кратко – это все расстояния, которые проходит свет за один земной год (месяцы, недели и так далее).

Ее масса составляет 14% от массы всей галактики, в которой она находится. Это миллиарды солнечных масс.

На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнечных масс, которыми могут похвастаться многие аналогичные сверхмассивные черные дыры, может уйти очень много времени. Тем не менее, уже находились черные дыры, которые появились удивительно рано. Известны такие объекты, которые появились спустя 800 и даже 690 миллионов лет после Большого взрыва, когда звезд во Вселенной было еще очень мало.

Сложно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок. Эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. И для ее решения было предложено множество различных гипотез. Вот, например, одна из них.

Однако ученые из Университета Западного Онтарио считают, что первые черные дыры могли появиться в результате «прямого коллапса» — не из звезд, а из плотных скоплений газа в центрах первых галактик, находившихся в процессе своего формирования. Разогреваясь и интенсивно излучая радиацию, такие скопления блокировали появление молодых звезд во все более обширном пространстве космоса.

Наличие огромного количества свободной материи (газа и пыли) позволило этим скоплениям очень быстро набрать критическую массу и плотность. После этого они коллапсировали, оставив после себя черные дыры массой в десятки и сотни тысяч солнц.

Гравитация может стягивать газ ровно до того момента, пока вокруг черной дыры не начнет накапливаться вещество, образуя горячий диск, излучающий интенсивную радиацию и отталкивающий приходящий газ, таким образом прекращая рост черной дыры. Это называется пределом Эддингтона.

Ученые из Университета Западного Онтарио предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться очень быстро. Исследователи поясняют, что излучение новорожденных звезд и других дыр вскоре достигло критического предела. В результате этого «прямой коллапс» новых сверхмассивных дыр стал невозможен.

Черные дыры по-прежнему хранят очень много тайн, разгадка которых, как считают ученые, может содержать ответы о том, как появилась и развивалась Вселенная, в которой мы живем.

Источник