У центрі Молочного Шляху, лише за 27 000 світлових років від Землі, міститься надмасивна чорна діра з масою у понад 4 мільйони Сонць. Майже всі галактики містять надмасивну чорну діру, і багато з них набагато масивніші. Маса чорної діри в еліптичній галактиці M87 становить 6,5 мільярдів Сонць. Найбільші чорні діри мають масу понад 40 мільярдів сонячних мас. Астрономи знають, що ці монстри ховаються в космосі, але як вони утворилися?
Одна з ідей полягає в тому, що надмасивні чорні діри утворюються з часом внаслідок злиття. Через темну матерію та темну енергію галактики утворюються в скупченнях, розділених порожнечами. З часом порожнечі збільшуються, а галактики скупчуються разом і зрештою зливаються. Чорні діри всередині цих галактик також зливаються, утворюючи надмасивні об’єкти, які астрономи спостерігають нині.
Звісно, це потребує часу. Якщо ця модель правильна, то найвіддаленіші галактики мають мати менші чорні діри з масою в мільйон сонячних мас, і ми можемо бачити лише гігантів з масою в мільярд сонячних мас у найближчому Всесвіті. Але спостереження, виконані за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, показали: надмасивні чорні діри в багатьох найвіддаленіших галактиках величезні. Чорні діри з масою понад мільярд сонць вже існували, коли Всесвіту було лише півмільярда років. Ці молоді гіганти занадто масивні, щоб їх походження можна було пояснити злиттями, і вони не піддаються класичним поясненням.
Ви можете задатися питанням, чому. Зрештою, ранній Всесвіт був неймовірно щільним. Маючи багато матерії навколо, якою чорні діри могли б харчуватися, чому вони не могли швидко наростати? Причина полягає в так званій межі Еддінґтона. Коли чорна діра притягує матерію, вона перетворюється на надгарячу плазму високого тиску. Це відштовхує більш віддалену матерію від чорної діри, уповільнюючи швидкість зростання. Межа Еддінґтона — це найвища швидкість, з якою може рости чорна діра. Цієї швидкості недостатньо, щоб пояснити всі гігантські чорні діри, які астрономи бачать в ранньому космосі.
Але ранній Всесвіт дуже відрізнявся від сучасного. Що, якби межа Еддінґтона не діяла тоді? Це питання розглянуте в нещодавній статті, оприлюдненій на arXiv. Автори створили складні гідродинамічні моделі, щоб розглянути формування чорних дір під час космічних Темних віків. Це відтинок часу після того, як електрони та ядра охолонули, утворивши атоми, але до реіонізації, коли утворилися перші зорі та знову наповнили космос світлом. Астрономи знають, що саме в цей період почали формуватися галактики, тому розумно припустити, що надмасивні чорні діри також утворилися в цей час.
Графік моделей чорних дір показує, що супер-еддінґтонівське зростання не приводить до довгострокового збільшення маси. Авторські права на зображення: Wu, et al. Фото з сайту www.universetoday.com.
На основі симуляцій автори виявили, що існує супер-еддінґтонівський період. Є ділянки, достатньо щільні, щоб надгаряча речовина поблизу чорної діри не могла очистити довкілля. Це дало змогу раннім чорним дірам зростати швидше, ніж це можливо нині, але лише приблизно до 10 000 сонячних мас. Згідно з моделюваннями, після цього запускається петля зворотного зв’язку Еддінґтона, і темпи зростання знову обмежуються. Наукова група також виявила, що це супер-еддінґтонівське зростання не дуже допомагає в довгостроковій перспективі. Зрештою, навіть чорні діри, які завжди ростуть зі швидкістю, меншою за Еддінґтонівську, досягнуть тієї ж маси. Олімпійський спринтер Усейн Болт може бути найшвидшою людиною у світі, але марафонець Еліуд Кіпчоґе перевершить його в довгостроковій перспективі.
Це дослідження переконливо свідчить про те, що супер-еддінґтонівське зростання не може пояснити всі чорні діри з мільярдною сонячною масою, які є в ранньому Всесвіті. Оскільки злиттям галактик також не можна їх пояснити, ця робота вказує на інше рішення: «насіння» чорних дір утворилося дуже рано, можливо, навіть під час періоду інфляції невдовзі після Великого Вибуху.
За інф. з сайту www.universetoday.com
