Быстрому появлению сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной нашлось простое объяснение

Запуск в работу космического телескопа «Джеймс Уэбб» привёл к открытию множества сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной, чему не было объяснения — они просто не успевали вырасти до наблюдаемых масс. Это заставило заново осмыслить эволюцию этих объектов, варианты которой редко рассматривались в предыдущих гипотезах. Новая работа подвела основу под один из вариантов, обнаружив простое объяснение наблюдаемым процессам.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews

«Семена» сверхмассивных чёрных дыр могли возникнуть по трём сценариям: из коллапса газовых облаков первичной материи, в ходе прямого коллапса умерших звёзд и в плотных звёздных скоплениях, где частые слияния чёрных дыр были неизбежны — там было очень тесно. Ситуацию усугубило обнаружение «маленьких красных точек» — предположительно сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик, которые возникали примерно через 500 млн лет после Большого взрыва и пропадали один миллиард лет спустя.

Для проверки одной из гипотез ускоренного роста СЧД астрофизики из Колумбийского университета (Columbia University) создали симуляцию карликовой галактики, чтобы в максимальных деталях воспроизвести первые 700 млн лет её эволюции. После полугода обработки данных на суперкомпьютере Zaratan Университета Мэриленда (University of Maryland) с опорой на улучшенную модель эмуляции процессов звездообразования, учёные обнаружили истоки вероятного ускоренного роста чёрных дыр.

Моделирование показало, что в условиях плотных звёздных скоплений в ранней Вселенной эффективность преобразования газа в новые звёзды достигала 80 % вместо современных 2 %. Тем самым рождение звёзд в стародавние времена шло волнами и напоминало взрыв. В частности, их эмуляция показала две взрывные волны звёздообразования, часть звёзд после смерти становилась чёрными дырами звёздной массы. Затем эти чёрные дыры, как в водовороте, устремлялись к центру галактики, формируя что-то вроде скоплений чёрных дыр в условиях высочайшей плотности звёзд и вещества. Последующие множественные слияния вели к набору массы и, в итоге, к быстрому возникновению сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик.

Учёные показали, что никакой «новой физики» не требуется, чтобы объяснить, почему сверхмассивные чёрные дыры набирали массу быстрее предела, разрешённого известными законами физики. Всё дело в чрезвычайной плотности материи на заре Вселенной, которая и запустила всю цепочку эволюции СЧД. Сегодня эти множественные слияния не детектируются гравитационно-волновыми обсерваториями. В будущем лазерные интерферометры планируется развернуть в космосе, создав базу длиной в десятки или сотни тысяч километров. Это позволит подтвердить данное моделирование.