Черные дыры в миллиард раз больше массы Солнца лежат в основе многих галактик, способствуя их эволюции. Несмотря на то, что сегодня это обычное явление, свидетельство существования сверхмассивных чёрных дыр с детства Вселенной, примерно через миллиард лет после Большого взрыва, озадачивало астрономов на протяжении многих лет.
Как могли эти гиганты стать такими массивными за относительно короткое время, которое им пришлось сформировать? Новое исследование, проведенное Талом Александером из Научного института Вейцмана и Приямвада Натарайн из Йельского университета, может дать решение.
Черные дыры часто ошибочно принимают за чудовищных существ, которые поглощают пыль и газ с огромной скоростью. Но это не может быть дальше от истины (на самом деле слова «сосать» и «черная дыра» в одном предложении заставляют меня съеживаться). Хотя они обычно накапливают яркие аккреционные диски - вихревые диски газа и пыли, которые делают их видимыми через наблюдаемую Вселенную - эти самые диски фактически ограничивают скорость роста.
Во-первых, когда вещество в аккреционном диске приближается к черной дыре, возникают пробки, которые замедляют любой другой падающий материал. Во-вторых, когда материя сталкивается в этих пробках, она нагревается, генерируя энергетическое излучение, которое фактически отталкивает газ и пыль от черной дыры.
Звезда или поток газа могут фактически находиться на устойчивой орбите вокруг черной дыры, подобно тому, как планета вращается вокруг звезды. Поэтому для астрономов довольно сложно придумать, как заставить черную дыру разрастаться до сверхмассивных размеров.
К счастью, Александр и Натараджан, возможно, нашли способ сделать это: поместив черную дыру в скопление тысяч звезд, они смогут работать без ограничений аккреционного диска.
Обычно считается, что черные дыры образуются, когда массивные звезды весом в десятки солнечных масс взрываются после того, как их ядерное топливо израсходовано. Без ядерной печи в ее ядре, толкающей против силы тяжести, звезда разрушается. В то время как внутренние слои падают внутрь, образуя черную дыру, состоящую всего лишь из 10 масс Солнца, внешние слои падают быстрее, ударяясь о внутренние слои и отскакивая в результате огромного взрыва сверхновой. По крайней мере, это простая версия.
Команда начала с модели черной дыры, созданной из этого звездного взрыва, встроенного в скопление тысяч звезд. Непрерывный поток плотного, холодного, непрозрачного газа упал в черную дыру. Но вот хитрость: гравитационное притяжение многих близлежащих звезд заставило его зигзагообразно случайным образом препятствовать формированию аккреционного диска.
Без аккреционного диска материя не только больше способна попасть в черную дыру со всех сторон, но и не замедляется в самом аккреционном диске.
В целом, модель предполагает, что черная дыра в 10 раз больше массы Солнца может вырасти более чем в 10 миллиардов раз больше массы Солнца на один миллиард лет после Большого взрыва.
Статья была опубликована 7 августа в журнале Science и доступна онлайн.
