Астрономы теперь полагают, что в центре почти каждой галактики во Вселенной есть сверхмассивная черная дыра. В отличие от черных дыр звездной массы, сверхмассивные версии могли образоваться по-разному, переходя от газового облака прямо к черной дыре - полностью пропуская звездную сцену.
С момента своего открытия астрономы до сих пор не знают, как появились сверхмассивные черные дыры. Но они есть внутри большинства галактик. Фактически, квазарные наблюдения показывают, что сверхмассивные черные дыры присутствовали в ранней Вселенной. Квазары - одни из самых ярких объектов во Вселенной, пылающие от излучения сверхмассивных черных дыр, активно потребляющих материал.
Одна возможность состоит в том, что эти монстры имели скромное начало, начиная с массивной звезды, заканчивая сверхновой, а затем превращаясь в черную дыру. Это процесс, который астрономы понимают довольно хорошо. Проблема этой теории заключается в том, что эти ранние сверхмассивные черные дыры должны были постоянно расти с самого начала, с максимальной скоростью, предсказанной физикой. И, как мы видим сегодня, галактики проходят активные и спокойные стадии в зависимости от того, когда их черная дыра потребляет материал.
Но вторая возможность состоит в том, что эти черные дыры образовались непосредственно, собирая вместе столько материала, что они полностью обошли звездную стадию.
Доктор Митчелл С. Бегельман, профессор кафедры астрофизических и планетарных наук в Университете Колорадо, Боулдер, недавно опубликовал статью под названием Сверхмассивные черные дыры образовались прямым коллапсом? В этой статье излагается эта альтернативная теория образования черной дыры в ранней Вселенной.
После Большого взрыва Вселенная достаточно остыла, чтобы первые звезды образовались из исходного водорода и гелия. Это был чистый материал, незагрязненный предыдущими поколениями звезд. Астрономы подсчитали, что у этих первых звезд, называемых Населением III, будет максимальная скорость, с которой они смогут собирать материал вместе, чтобы сформировать звезду.
Но что, если вокруг было намного больше газа? Путь за пределы, которые могли бы сформировать звезду.
С обычной звездой материал поступает относительно медленно, создавая центральную массу. При достаточной массе звезда воспламеняется, и это создает и внешнее давление, которое мешает дальнейшему сжатию материала.
Но д-р Бегельман подсчитал, что если скорость падения превышает всего несколько десятых солнечной массы в год, то звездное ядро будет настолько тесно связано, что энерговыделения ядерного синтеза не будет достаточно, чтобы остановить его продолжение. контракт. У вас никогда не будет звезды, вы просто превратитесь из облака водорода в плотно связанную центральную массу. А потом черная дыра.
Вопрос в том, возможно ли собрать материал так быстро? Может, если что-то толкает ... как темная материя. Согласно доктору Бегельману, может быть несколько ситуаций, когда внешняя сила, такая как сила тяжести от большого ореола темной материи, может заставить газ проникать в центральную зону. На самом деле, материал был рассчитан на быстрое попадание в черную дыру, потому что такова мощность квазаров. Но вопрос в том, сработает ли это, если черной дыры там нет или она действительно маленькая.
Как только накопится несколько солнечных масс накопленного газа, ядро начинает сокращаться под действием растущей массы. Объект проходит краткий период ядерного синтеза, когда достигает 100 масс Солнца, но проходит эту фазу так быстро, что у него нет возможности снова расшириться.
В конце концов объект достигает нескольких тысяч солнечных масс, а его температура поднялась до нескольких сотен миллионов градусов. В этот момент гравитация, наконец, вступает во владение, разрушая ядро и превращая объект в черную дыру с массой солнечной энергии 10-20, которая затем начинает поглощать всю массу вокруг нее.
С этого момента черная дыра способна эффективно впитывать дополнительный материал, растя на максимальных уровнях, предсказанных физикой, и в конечном итоге собирает в миллионы раз больше массы Солнца. Если в него попадает слишком много материала, сверхмассивная черная дыра ребенка может вести себя как мини-квазар - доктор Бегельман назвал это «квазистаром» - пылающим излучением, когда падающий материал копается в окрестности черной дыры.
И есть хорошие новости: эти квазистары могут быть обнаружены с помощью мощных телескопов. Тем не менее, они будут иметь очень короткие жизни, продолжительностью всего 100 000 лет. Они могут быть незначительно обнаружены предстоящим космическим телескопом Джеймса Вебба.
Первоначальный источник: Arxiv paper
