Сверхмассивные черные дыры (SMBH) трудно объяснить. Считается, что эти гигантские особенности находятся в центре каждой большой галактики (у нашего Млечного Пути есть такая), но их присутствие там иногда не поддается простому объяснению. Насколько нам известно, черные дыры образуются при коллапсе гигантских звезд. Но это объяснение не соответствует всем доказательствам.
Теория звездного коллапса хорошо объясняет большинство черных дыр. В этой теории звезда, по крайней мере, в пять раз более массивная, чем наше Солнце, начинает исчерпывать топливо к концу своей жизни. Поскольку внешнее давление ядерного синтеза звезды является тем, что поддерживает ее против внутренней гравитации от ее собственной массы, что-то должно дать, когда закончится топливо.
Звезда подвергается взрыву гиперновой, а затем падает на себя. То, что осталось, это черная дыра. Астрофизики считают, что SMBH начинаются таким образом и вырастают до их огромных размеров, по существу «питаясь» другим веществом. Они увеличиваются в размерах и сидят в центре своего притяжения, как паук, откармливающийся в середине его паутины.
Проблема с этим объяснением состоит в том, что на это требуется много времени.
Там, во Вселенной, ученые наблюдали древние SMBH. В марте этого года группа астрономов объявила об открытии 83 SMBH, которые настолько древние, что бросили вызов нашему пониманию. В 2017 году астрономы обнаружили черную дыру в 800 миллионов солнечных масс, которая полностью сформировалась всего через 690 миллионов лет после Большого взрыва. Они возникли в более ранние дни Вселенной, до того, как было время расти в их сверхмассивные формы.
Многие из этих SMBH в миллиарды раз массивнее Солнца. Они находятся в такой высокой красной смене, что, должно быть, они сформировались в первые 800 миллионов лет после Большого взрыва. Но это не достаточно времени, чтобы модель звездного коллапса могла их объяснить. Вопрос, стоящий перед астрофизиками, заключается в том, как эти черные дыры стали такими большими за такое короткое время?
Пара исследователей из Западного университета в Онтарио, Канада, считают, что они поняли это. У них есть новая теория под названием «прямой коллапс», которая объясняет эти невероятно древние МСП.
Их статья называется «Массовая функция сверхмассивных черных дыр в сценарии прямого коллапса» и опубликована в журнале «Астрофизический журнал». Авторы - Шантану Басу и Арпан Дас. Басу является признанным экспертом на ранних стадиях звездообразования и эволюции протопланетного диска. Он также профессор астрономии в Западном университете. Дас также из Вестернского факультета физики и астрономии.
Их теория прямого коллапса гласит, что древние сверхмассивные черные дыры образовывались чрезвычайно быстро за очень короткие промежутки времени. И вдруг они перестали расти. Они разработали новую математическую модель для объяснения этих быстро формирующихся древних черных дыр. Они говорят, что играет роль предел Эддингтона, который представляет собой баланс между внешней излучающей силой звезды и внутренней гравитационной силой.
В этих черных дырах прямого коллапса предел Эддингтона регулирует рост массы, и исследователи говорят, что эти древние черные дыры могут даже немного превысить этот предел, что они называют супер-эддингтонской аккрецией. Затем из-за излучения других звезд и черных дыр их производство остановилось.
«У сверхмассивных черных дыр был короткий период времени, когда они могли быстро расти, а затем в какой-то момент из-за всей радиации во вселенной, создаваемой другими черными дырами и звездами, их производство остановилось», - объясняет Басу в пресс-релиз. «Это сценарий прямого краха».
«Это косвенное наблюдение, свидетельствующее о том, что черные дыры происходят от прямых коллапсов, а не от звездных остатков», - сказал Басу.
Эта новая теория дает эффективное объяснение тому, что в течение некоторого времени было острым вопросом в астрономии. Басу считает, что эти новые результаты могут быть использованы в будущих наблюдениях, чтобы сделать вывод об истории формирования чрезвычайно массивных черных дыр, которые существуют в очень ранние времена в нашей вселенной.
Источники:
- Пресс-релиз: Исследователи проливают свет на происхождение черной дыры
- Исследовательская работа: функция массы сверхмассивных черных дыр в сценарии прямого коллапса
- Космический журнал: слишком большой, слишком скоро. Чёрная дыра монстра, увиденная вскоре после Большого взрыва
- Принстонский университет: астрономы обнаружили 83 сверхмассивные черные дыры в ранней вселенной
- Википедия: Eddington Luminosity (Limit)
