Вчені розкрили таємницю появи ранніх надмасивних чорних дір

Вчені з ОАЕ за допомогою суперкомп'ютера змогли вирішити одну з загадок, пов'язаних з появою надмасивних чорних дір. Вони змогли дізнатися, як ці гігантські структури змогли сформуватися лише мільярд років після Великого вибуху, повідомляє Science Alert.

Чорні діри масою в мільярди сонячних існували вже в «дитинстві» нашого Всесвіту. З огляду на все, що вченим відомо про формування та зростання чорних дірок, пояснити існування таких гігантських структур непросто.

ВАС ЗАЦІКАВИТЬ

Астрономи виявили кратер від загадкової ракети, яка врізалася у Місяць

Тепер симуляція, проведена за допомогою суперкомп'ютера, показала, як надмасивні чорні діри могли сформуватися без присутності екзотичних умов. Симуляція вказала на існування резервуарів турбулентного холодного газу, які колапсували у зірки, набагато масивніші, ніж будь-що, що існує у Всесвіті на даний момент. Це і було «насіння», з якого виросли надмасивні чорні діри.

«Сьогодні ми знаходимо надмасивні чорні діри в центрах найпотужніших галактик, маса яких може в мільйони або мільярди разів перевищувати масу Сонця. Але в 2003 році ми почали виявляти квазари - надзвичайно яскраві, що активно акумулюють надмасивні чорні діри, схожі на космічні маяки в ранньому Всесвіті, які існували менш ніж через мільярд років після Великого вибуху. Ніхто не розумів, як вони утворилися так швидко. Це відкриття особливо цікаве, тому що воно перевернуло 20-річні уявлення про походження перших надмасивних чорних дір у Всесвіті», - сказав космолог Деніел Уелен з Портсмутського університету у Великій Британії.

Існує дві основні версії походження чорних дір. Згідно з першою з них, масивна зірка вмирає і залишає по собі чорну діру, маса якої приблизно в 100 разів перевищує масу Сонця. Згодом, чорна діра поглинає купу матеріалу, стаючи все більшою і більшою, поки не стане в мільярди разів більше за нашу зірку. Такий процес важко узгодити з існуванням квазарів у ранньому Всесвіті.

Інший варіант – поява одразу гігантської чорної діри, маса якої перевищує сонячну у 100 тисяч разів. Зірки, які колапсували та утворили такі чорні діри, прожили коротке життя, ймовірно, лише 250 тисяч років, перш ніж померти.

Але на сьогоднішній день про існування подібних зірок нічого невідомо. Немає і відомостей про механізм формування, який міг би призвести до їхньої появи. Разом з тим моделювання показало, що в ранньому Всесвіті, коли умови відрізнялися від сьогоднішніх, такі зірки могли б сформуватися на стиках рідкісних і потужних потоків щільного, турбулентного, холодного газу.

Раніше космологи припускали, що потрібні справді екзотичні умови, такі як фон сильного ультрафіолетового випромінювання або надзвукові потоки між газом і темною матерією. І жодна з цих екзотичних умов не була схожа на середу, в якій були виявлені ці ранні квазари Всесвіту.

Але нове моделювання показало, що надмасивні чорні діри утворюються на перетині таких потоків спонтанно, без потреби у додаткових умовах. У симуляції турбулентність, створювана потоками, що перетинаються, перешкоджає формуванню звичайних зірок, подібних тим, які ми бачимо сьогодні. Зазвичай це відбувається, коли щільний вузол матеріалу в холодній хмарі хлопається під дією гравітації, утворюючи молоду зірку, але коли турбулентність дуже велика, умови недостатньо стабільні, щоб це сталося.

Однак зрештою хмара в моделюванні стала настільки масивною, що катастрофічно розпалася на дві гігантські зірки, маса яких у 31 000 та 40 000 разів перевищувала масу Сонця.

У міру того, як газ зі струмків продовжує надходити в хмари, надмасивна чорна діра, що у мільярди разів перевищує масу Сонця, може утворитися і вирости всього за кілька сотень мільйонів років.

Раніше астрономи виявили надмасивну чорну діру, яка росте швидше за всіх інших, виявлених на даний момент. Маса цього гіганта становить три мільярди мас Сонця, а швидкість, з якою він поглинає матерію, змушує його неймовірно швидко зростати.