Около 13 миллиардов лет назад, когда наша вселенная все еще была просто беспорядочным стартапом, космос сотворил творческую полосу и образовал сверхмассивные черные дыры слева, справа и в центре.
Астрономы все еще могут взглянуть на эти реликвии ранней вселенной, когда они смотрят на квазары, невероятно большие, невероятно яркие объекты, которые, как полагают, питаются от старых черных дыр, в миллиарды раз более массивных, чем Солнце Земли. Однако само существование этих древних предметов создает проблему. Похоже, что многие квазары происходят из первых 800 миллионов лет существования Вселенной, задолго до того, как какие-либо звезды могут стать большими или достаточно старыми, чтобы разрушаться под собственной массой, взрываться в сверхновой и образовывать черную дыру.
Итак, откуда берутся эти старые дыры в ткани пространства-времени? Согласно одной популярной теории, может быть, все, что нужно, это много газа.
В новом исследовании, опубликованном 28 июня в The Astrophysical Journal Letters, исследователи запустили компьютерную модель, чтобы показать, что некоторые сверхмассивные черные дыры в очень ранней вселенной могли образоваться, просто накапливая гигантское количество газа в одном гравитационно связанном облаке. Исследователи обнаружили, что через несколько сотен миллионов лет достаточно большое такое облако может разрушиться под собственной массой и создать маленькую черную дыру - сверхновой не требуется.
Эти теоретические объекты известны как черные дыры с прямым коллапсом (DCBH). По словам эксперта по черной дыре Шантану Басу, ведущего автора нового исследования и астрофизика в Западном университете в Лондоне, Онтарио, одной из определяющих особенностей DCBHs является то, что они должны были сформироваться очень, очень быстро в течение очень короткого периода времени в ранняя вселенная.
«Черные дыры образуются в течение всего лишь около 150 миллионов лет и быстро растут в это время», - сказал Басу в интервью Live Science по электронной почте. «Те, которые образуются в начале временного окна в 150 миллионов лет, могут увеличить свою массу в 10 тысяч раз».
Как облако газа становится черной дырой? Согласно исследованию 2017 года, такая трансформация требует двух галактик с очень разными личностями: одна из них - космический переизбыток, который формирует множество маленьких звезд, а другая - скромная куча беззвездного газа.
Когда новые звезды образуются в занятой галактике, они излучают постоянный поток горячей радиации, который омывает соседнюю галактику, не давая газу слиться с собственными звездами. Басу обнаружил, что в течение нескольких сотен миллионов лет это беззвездное газовое облако может накапливать столько материи, что просто разрушается под действием собственного веса, образуя черную дыру, даже не создавая звезды.
Вскоре эта «семенная» черная дыра может достичь сверхмассивного статуса, быстро поглощая вещество из близлежащих туманностей - возможно, порождая гигантские квазары, которые мы можем видеть сегодня.
Согласно Басу, этот акт космической хореографии мог быть возможен только в течение короткого временного окна, в течение первых 800 миллионов лет жизни вселенной, до того, как пространство стало слишком переполненным звездами и другими черными дырами, чтобы этот процесс мог произойти. В течение 1 миллиарда лет после Большого взрыва во Вселенной, возможно, уже было столько фонового излучения, что сверхмассивная черная дыра изо всех сил пыталась бы найти достаточно газа, чтобы поглотить и продолжить свой экспоненциальный рост.
«Мы не предполагаем никакого нового производства черных дыр после этого периода в 150 миллионов лет», - сказал Басу. «Это объясняет, почему во вселенной происходит резкое падение числа черных дыр над определенной массой и светимостью».
В то время как DCBH пока остаются теоретическими, некоторые астрономы считают, что космический телескоп Хаббла, возможно, на самом деле поймал формирование такого объекта в 2017 году. Согласно авторам исследования того года, гигантская звезда просто исчезла перед камерой Хаббла. глаз исчезает без отчетливой вспышки сверхновой. Лучшее объяснение, пишут исследователи, состоит в том, что массивная звезда просто рухнула в черную дыру без всякой помпы или фейерверка.
Во время многолетнего опроса, который завершился в этом исследовании 2017 года, шесть других соседних звезд взорвались в огне и ярости, предполагая, что примерно 1 из 7 (14%) крупных звезд встречает свои концы, просто исчезая в пустоте.
