Сверхзвуковые потоки газа, оставшиеся от Большого Взрыва, являются причиной образования сверхмассивных черных дыр

Сверхзвуковые потоки газа могли спровоцировать рождение сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Это демонстрирует гидродинамическая модель, разработанная Шинго Хирано (Shingo Hirano) и его коллегами из Техасского университета в Остине, которую они опубликовали в журнале Science. Исследование могло бы объяснить, как огромные черные дыры смогли сформироваться, когда Вселенной было менее одного миллиарда лет.

Сверхмассивные черные дыры имеют массу миллионов и даже миллиардов масс Солнца и прячутся в центрах крупных галактик. Этим гигантам понадобилось миллиарды лет, чтобы сформироваться. Но также известно, что существуют сверхмассивные черные дыры, которые питают квазары, и они сформировались менее чем за миллиард лет после Большого взрыва. Астрономы пока не имеют точного объяснения, как эти огромные объекты могли сформироваться так быстро в ранней Вселенной.

Одна из ведущих гипотез состоит в том, что огромные облака газа коллапсировали под действием собственной силы тяжести, конденсируясь непосредственно в черную дыру. Другая гипотеза предполагает, что сверхмассивные черные дыры образовались из остатков первых звезд. А затем постепенно увеличивали свою массу путем аккреции вещества. Однако, в моделях, основанных на этих теориях, сверхмассивные черные дыры или не образуются достаточно быстро, или их образование требует достаточно специфических условий.

Хирано с коллегами идентифицировали физический процесс, который позволил бы сверхмассивным черным дырам формироваться достаточно быстро. Ключевым моментом было включение эффекта движения сверхзвукового газа относительно темной материи. Симуляция на суперкомпьютере показала, – когда Вселенной было 100 000 000 лет, образовалось огромное скопление темной материи. Сверхзвуковые потоки газа, вызванные Большим Взрывом, были захвачены темной материей и образовали плотное турбулентное газовое облако. Внутри него начала формироваться протозвезда. А поскольку окружающий газ обеспечивал более чем достаточно материала для ее питания, звезда за короткий промежуток времени смогла достичь чрезвычайно больших размеров, при этом не выпуская много излучения (см. Предел Эддингтона).

“Достигнув массы в 34 000 масс Солнца, звезда коллапсировала под собственной силой тяжести, оставив после себя черную дыру средней массы. Эти массивные черные дыры, родившиеся в ранней Вселенной, продолжали расти и объединяться, чтобы стать сверхмассивной черной дырой”, – рассказывает Наоки Йошида (Naoki Yoshida) коллега Шинго Хирано.

Рождение таких черных дыр, наверное, можно будет наблюдать с помощью детекторов гравитационных волн следующего поколения.

“Например, гравитационные волны, вызванные столкновением и объединением черных дыр среднего размера, можно выявить с помощью LISA“, – говорит Хирано, ссылаясь на запланированную на 2034 миссию Европейского космического агентства по выявлению и точного измерения гравитационных волн.

Характеристики этих гравитационных волн , таким образом, смогут подтвердить (или опровергнуть) модель образования сверхмассивных черных дыр.

DOI: 10.1126/science.aai9119

Читайте также: Центр Млечного Пути окружает рой из черных дыр