Астрономи пояснили, як чорні діри змогли вирости до гігантських розмірів у ранньому Всесвіті
Одна з найбільших загадок сучасної астрономії довгий час залишалася без відповіді: як чорні діри змогли стати надмасивними за настільки короткий космічний час? Адже вже через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху у Всесвіті існували чорні діри, маса яких у мільйони разів перевищувала масу Сонця.
Тепер міжнародна команда науковців з Університету Мейнут (Ірландія) запропонувала переконливе пояснення цього феномена. Результати дослідження опубліковані в авторитетному журналі Nature Astronomy.
Хаос раннього Всесвіту став ідеальним «поживним середовищем»
За словами керівника дослідження, аспіранта Даксала Мехти, ключ до розгадки криється в умовах, які панували у молодому Всесвіті. Тоді галактики були надзвичайно щільними та насиченими газом, а процеси всередині них — хаотичними й нестабільними.
Саме в такому середовищі перші чорні діри переживали справжній «харчовий шал», поглинаючи навколишню матерію з неймовірною швидкістю. Комп’ютерні симуляції показали, що чорні діри, які виникли всього через кількасот мільйонів років після Великого вибуху, могли вирости до мас, що в десятки тисяч разів перевищують масу Сонця.
Порушення звичних законів зростання
Зазвичай чорні діри не можуть «їсти» занадто швидко — потужне випромінювання мало б відштовхувати матерію. Однак у ранньому Всесвіті це правило, схоже, тимчасово не діяло.
Вчені називають цей процес надеддінгтонівською акрецією — коли чорна діра поглинає матерію швидше, ніж вважається можливим за класичними моделями. Попри потужне випромінювання, речовина не розліталася, а продовжувала падати всередину, різко збільшуючи масу чорної діри.
Від «малюків» до космічних монстрів
Раніше астрономи вважали, що чорні діри, які утворилися після вибухів перших зірок, були надто малими, щоб вирости до надмасивних об’єктів за такий короткий час. Нове дослідження показує, що це не так.
За словами Мехти, навіть відносно невеликі чорні діри могли зростати неймовірно швидко, якщо перебували у правильних умовах. Це відкриття фактично створює відсутню ланку між першими зорями та надмасивними чорними дірами в центрах галактик.
Не лише «важке насіння»
У науці існує поняття «насіння» чорних дір. Є два основні типи:
- легке насіння — чорні діри масою від кількох десятків до сотень мас Сонця;
- важке насіння — об’єкти, які від самого початку мають масу до сотень тисяч Сонць.
Довгий час вважалося, що саме «важке насіння» є необхідним для пояснення появи надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті. Але нові симуляції показують, що звичайні чорні діри зоряної маси також здатні до стрімкого зростання, без потреби в екзотичних і рідкісних умовах формування.
Новий погляд на ранній Всесвіт
Дослідження також змінює загальне уявлення про перші епохи існування Всесвіту. За словами доктора Джона Рігана, ранній Всесвіт був значно більш турбулентним і насиченим масивними чорними дірами, ніж припускали вчені раніше.
Ці висновки мають важливе значення для майбутніх космічних місій. Зокрема, космічна обсерваторія LISA, яку Європейське космічне агентство та NASA планують запустити у 2035 році, зможе фіксувати гравітаційні хвилі від злиттів таких «дитячих» чорних дір.
Що це означає для науки
Відкриття ірландських дослідників допомагає пояснити спостереження телескопа James Webb, який уже зафіксував надмасивні чорні діри у дуже молодому Всесвіті. Тепер стає зрозуміло, що для їх появи не обов’язково потрібні рідкісні сценарії — достатньо хаосу, газу та часу, хоч і зовсім небагато за космічними мірками.
Це відкриття не лише розв’язує давню загадку астрономії, а й відкриває нові напрямки для дослідження походження найзагадковіших об’єктів у Всесвіті.