Как образовались сверхмассивные чёрные дыры?

Черная дыра
На этой иллюстрации изображена сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики. Синим цветом обозначен свет, излучаемый материалом, находящимся около чёрной дыры. Структура, окружающая чёрную дыру, состоящая из газа и пыли, называется тор и обозначена серым цветом. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Мы не до конца понимаем, как первые сверхмассивные чёрные дыры смогли так быстро образоваться в молодой Вселенной. Итак, группа физиков предложила радикальную идею. Вместо того, чтобы формировать чёрные дыры стандартным методом: смерть массивной звезды, они предложили использовать гигантские ореолы тёмной материи которые схлопнувшись, образовали первые большие чёрные дыры.

Сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД) появляются в самом начале истории Вселенной, всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Такое быстрое появление представляет собой проблему для традиционных моделей рождения и роста СМЧД, потому что не похоже, что у них могло быть достаточно времени, чтобы они выросли настолько массивными.

“Физики недоумевают, почему сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной, расположенные в центральных областях гало тёмной материи, растут так быстро за такое короткое время”, – сказал Хай-Бо Ю, доцент физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде.

Это как пятилетний ребёнок, который весит, скажем, 100 килограммов. Такой ребёнок удивит всех нас, потому что мы знаем типичный вес новорожденного и скорость его роста. Что касается чёрных дыр, у физиков есть общие ожидания относительно массы зародышевой чёрной дыры и скорости её роста. Присутствие сверхмассивных чёрных дыр предполагает, что эти общие ожидания были нарушены, что требует новых данных. И это захватывающе.

Поэтому вместо того, чтобы пытаться сформировать чёрные дыры в результате гибели массивных звёзд, а затем пытаться заставить их накопить достаточно материала, чтобы вырасти до статуса сверхмассивных чёрных дыр, возможно, их сформировало что-то другое – гало тёмной материи.

“Наша работа предлагает альтернативное объяснение: ореол тёмной материи испытывает гравотермическую нестабильность, и его центральная область коллапсирует в зародышевую чёрную дыру”, – сказал Ю.

В ранней Вселенной существовало много тёмной материи. На её долю приходится более 80% всей материи в космосе, и первые галактики выросли внутри гораздо более крупных сгустков тёмной материи или гало. Но для того, чтобы тёмная материя схлопнулась и сформировала чёрную дыру, она должна взаимодействовать сама с собой. Таким образом, она может потерять всю кинетическую энергию, полученную при коллапсе, что позволит ей достичь достаточно высокой плотности, чтобы образовать чёрную дыру.

Поскольку эта чёрная дыра родится из гораздо большего количества материала, чем звезда, она уже будет на пути к тому, чтобы стать сверхмассивной.

“Преимущество нашего сценария заключается в том, что масса зародышевой чёрной дыры может быть высокой, поскольку она создаётся в результате коллапса гало тёмной материи”, – сказал Ю. “Таким образом, она может превратиться в сверхмассивную чёрную дыру за относительно короткий промежуток времени”.

В этой модели гало тёмной материи не делает всей работы. Барионы – нормальная материя – тоже помогают.

Таким образом, в исследовании было показано, что, во-первых, присутствие барионов, таких как газ и звёзды, может значительно ускорить начало гравотермического коллапса ореола, а чёрная дыра может быть создана достаточно рано. Во-вторых, самовзаимодействие может вызвать вязкость, которая рассеивает остаток углового момента центрального гало. В-третьих, был разработан метод исследования условия запуска общей релятивистской нестабильности коллапсирующего гало, которая гарантирует, что при выполнении определённых условий может образоваться первоначальная чёрная дыра.

Во многих галактиках звёзды и газ доминируют в их центральных областях. Таким образом, естественным будет следующий вопрос: как присутствие этой барионной материи влияет на процесс коллапса. В своей работе исследователи показали, что это ускорит наступление коллапса. Данная особенность – именно то, что нам нужно, чтобы объяснить происхождение сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.