Это одна из загадок космологии и звездной эволюции: как сверхмассивные черные дыры стали такими ... ну, сверхмассивная ...в ранней Вселенной, когда, казалось бы, еще не прошло достаточно времени, чтобы они могли накапливать свою массу посредством одних только устойчивых аккреционных процессов? Требуется время, чтобы съесть материю на миллиард солнечных масс, даже при здоровом аппетите и большом количестве в пределах гравитации. Но все же они есть: черные дыры монстров распространены в некоторых из самых отдаленных галактик, выставляя напоказ их преждевременный рост, даже когда Вселенная только что праздновала свой миллиардный день рождения.
Теперь, недавние находки исследователей из Калифорнийского технологического института позволяют предположить, что эти древние малые и средние предприятия были сформированы в результате смерти некоторых типов первичных гигантских звезд, экзотических звездных динозавров, которые выросли и умерли молодыми. Во время их насильственного краха не только один, но два образуются черные дыры, каждая из которых собирает свою массу перед тем, как со временем объединиться в одного сверхмассивного монстра.
Посмотрите симуляцию и узнайте больше о том, как это происходит ниже:
Из новостной статьи Caltech Джессики Столлер-Конрад:
Чтобы исследовать происхождение молодых сверхмассивных черных дыр, Кристиан Рейссвиг, постдокторский научный сотрудник Эйнштейна по астрофизике в Калифорнийском технологическом институте, и Кристиан Отт, доцент теоретической астрофизики, обратились к модели с участием сверхмассивных звезд. Предполагается, что эти гигантские, довольно экзотические звезды существовали лишь в течение короткого времени в ранней Вселенной.
Подробнее: Как черные дыры становятся сверхмассивными?
В отличие от обычных звезд, сверхмассивные звезды стабилизируются против силы тяжести в основном за счет собственного фотонного излучения. В очень массивной звезде фотонное излучение - внешний поток фотонов, который генерируется из-за очень высоких внутренних температур звезды - выталкивает газ от звезды наружу в противоположность гравитационной силе, которая притягивает газ обратно.
В течение своей жизни сверхмассивная звезда медленно охлаждается из-за потери энергии из-за излучения фотона. Когда звезда остывает, она становится более компактной, и ее центральная плотность медленно увеличивается. Этот процесс длится пару миллионов лет, пока звезда не достигнет достаточной компактности, чтобы могла возникнуть гравитационная неустойчивость и звезда начала гравитационно разрушаться.
Предыдущие исследования предсказывали, что, когда сверхмассивные звезды коллапсируют, они сохраняют сферическую форму, которая, возможно, становится плоской из-за быстрого вращения. Эта форма называется осесимметричной конфигурацией. Учитывая тот факт, что очень быстро вращающиеся звезды подвержены крошечным возмущениям, Рейссвиг и его коллеги предсказали, что эти возмущения могут привести к отклонению звезд вне-осесимметричные формы при коллапсе. Такие изначально крошечные возмущения будут быстро расти, что в конечном итоге приведет к образованию комка газа внутри коллапсирующей звезды и образованию фрагментов высокой плотности.
«Рост черных дыр до сверхмассивных масштабов в молодой вселенной кажется возможным только в том случае, если« начальная »масса коллапсирующего объекта уже была достаточно большой».
- Кристиан Рейссвиг, постдокторант НАСА им. Эйнштейна в Калифорнийском технологическом институте
Эти фрагменты будут вращаться вокруг центра звезды и становятся все более плотными, поскольку они собирали вещество во время коллапса; они также увеличат температуру. И затем, говорит Рейссвиг, «интересный эффект вступает в силу». При достаточно высоких температурах будет достаточно энергии, чтобы связать электроны и их античастицы или позитроны с так называемыми электрон-позитронными парами. Создание электрон-позитронных пар приведет к потере давления, что еще больше ускорит коллапс; в результате два орбитальных фрагмента в конечном итоге станут настолько плотными, что при каждом скоплении может образоваться черная дыра. Пара черных дыр может затем обвиться вокруг друг друга, прежде чем слиться в одну большую черную дыру.
«Это новое открытие», - говорит Рейссвиг. «Никто никогда не предсказывал, что одна коллапсирующая звезда может создать пару черных дыр, которые затем сливаются».
Эти результаты были опубликованы в Письма о физическом обзоре Неделя 11 октября. Источник: новостная статья Caltech Джессики Столлер-Конрад.
