Ученые раскрыли тайну появления ранних сверхмассивных черных дыр

Ученые из ОАЭ с помощью суперкомпьютера смогли решить одну из загадок, связанных с появлением сверхмассивных черных дыр. Они смогли узнать, как эти гигантские структуры смогли сформироваться спустя всего миллиард лет после Большого взрыва, сообщает Science Alert.

Черные дыры массой в миллиарды солнечных существовали уже в «младенчестве» нашей Вселенной. Учитывая все, что ученым известно о формировании и росте черных дыр, объяснить существование таких гигантских структур непросто.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Астрономы обнаружили кратер от загадочной ракеты, которая врезалась в Луну

Теперь симуляция, которая была проведена с помощью суперкомпьютера, показала, как сверхмассивные черные дыры могли сформироваться без присутствия экзотических условий. Симуляция указала на существование резервуаров турбулентного холодного газа, которые коллапсировали в звезды, гораздо более массивные, чем что-либо, существующее во Вселенной на данный момент. Это и были «семена», из которых выросли сверхмассивные черные дыры.

«Сегодня мы находим сверхмассивные черные дыры в центрах самых массивных галактик, масса которых может в миллионы или миллиарды раз превышать массу Солнца. Но в 2003 году мы начали обнаруживать квазары – чрезвычайно яркие, активно аккумулирующие сверхмассивные черные дыры, похожие на космические маяки в ранней Вселенной, которые существовали менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Никто не понимал, как они образовались так быстро. Это открытие особенно интересно, потому что оно перевернуло 20-летние представления о происхождении первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной», — сказал космолог Дэниел Уэлен из Портсмутского университета в Великобритании.

Существует две основных версии происхождения черных дыр. Согласно первой из них, массивная звезда умирает и оставляет после себя черную дыру, масса которой примерно в 100 раз превышает массу Солнца. Со временем, черная дыра поглощает кучу материала, становясь все больше и больше, пока не станет в миллиарды раз больше нашей звезды. Такой процесс тяжело согласовать с существованием квазаров в ранней Вселенной.

Другой вариант – появление сразу гигантской черной дыры, масса которой превышает солнечную в 100 тысяч раз. Звезды, которые коллапсировали и образовали такие черные дыры, прожили короткую жизнь, вероятно, всего 250 тысяч лет, прежде, чем умереть.

Но на сегодняшний день о существовании подобных звезд ничего неизвестно. Нет и известных механизмов формирования, который мог бы привести к их появлению. Вместе с тем, моделирование показало, что в ранней Вселенной, когда условия отличались от сегодняшних, такие звезды могли бы сформироваться на стыках редких и мощных потоков плотного, турбулентного, холодного газа.

Ранее космологи предполагали, что необходимы действительно экзотические условия, такие как фон сильного ультрафиолетового излучения или сверхзвуковые потоки между газом и темной материей. И ни одно из этих экзотических условий не походило на среду, в которой были обнаружены эти ранние квазары Вселенной.

Но новое моделирование показало, что сверхмассивные черные дыры образуются на пересечении таких потоков спонтанно, без необходимости в дополнительных условиях. В симуляции турбулентность, создаваемая пересекающимися потоками, препятствует формированию обычных звезд, подобных тем, которые мы видим сегодня. Обычно это происходит, когда плотный узел материала в холодном облаке схлопывается под действием гравитации, образуя молодую звезду, но когда турбулентность слишком велика, условия недостаточно стабильны, чтобы это произошло.

Однако в конечном итоге облако в моделировании стало настолько массивным, что катастрофически распалось на две гигантские звезды, масса которых в 31 000 и 40 000 раз превышала массу Солнца.

По мере того, как газ из ручьев продолжает поступать в облака, сверхмассивная черная дыра, в миллиарды раз превышающая массу Солнца, может образоваться и вырасти всего за несколько сотен миллионов лет.

Ранее астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру, которая растет быстрее всех других, обнаруженных на данный момент. Масса этого гиганта составляет три миллиарда масс Солнца, а скорость, с которой он поглощает материю, заставляет его невероятно быстро расти.