Астрономы из России раскрыли тайну рождения первых черных дыр Вселенной
Астрономы из Академии наук и МГУ выяснили, что облик и размеры существующих сегодня галактик определялся в далеким прошлом тем, как много "зародышей" сверхмассивных черных дыр содержали их окраины, говорится в статье, опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
"Черные дыры, предсказанные нашей моделью, должны были присутствовать во Вселенной в достаточном количестве, чтобы объяснить все образовавшиеся шаровые скопления. Она указывает нас существование достаточного числа черных дыр с массой в несколько тысяч Солнц, чтобы они могли стать "зародышами" шаровых скоплений", - рассказывает Александр Долгов из Института теоретической и экспериментальной физики РАН в Москве.
Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные черные дыры, чья масса может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально ученые считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их нормальные "кузены" - в результате гравитационного коллапса звезд и последующего слияния нескольких крупных черных дыр.
Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом - оказалось, что в них обитают черные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты, как показывают расчеты, просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы они родились маленькими. Поэтому некоторые ученые начали считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются по более экзотическим сценариям - в результате коллапса гигантских облаков из "чистого" атомарного водорода или благодаря сгусткам темной материи.
Сегодня, как рассказывает Долгов, большинство астрономов считает, что черные дыры-"тяжеловесы" возникали на заре юности Вселенной из так называемых примордиальных черных дыр, занимающих промежуточное положение между сверхмассивными и обычными черными дырами, чье происхождение пока остается неизвестным. Их масса, по разным оценкам ученых, составляла несколько десятков или сотен тысяч масс Солнца. В последние десять лет астрономы активно ищут подобные "зародыши" черных дыр, и пока нам известно меньше десяти кандидатов на роль таких объектов.
Долгов и его коллега Константин Постнов из Государственного астрономического института МГУ выяснили, что подобные "зародыши" могли играть ключевую роль в формировании всех галактик, изучая то, как часто такие черные дыры могли возникать еще до того, как вспыхнули первые скопления звезд в новорожденной Вселенной.
Их расчеты показали, что в первые дни жизни Вселенной могло появиться гигантское число подобных объектов, примерно в 10-100 тысяч раз больше, чем число всех галактик мироздания. Этого количества черных дыр, как считают Постнов и Долгов, должно было хватить для рождения всех известных нам шаровых скоплений - древнейших "семей" звезд на окраинах галактик, где были найдены все известные черные дыры промежуточной массы.
Эти скопления звезд, в свою очередь, сегодня считаются своеобразными "зародышами" галактик, вокруг которых в далеком прошлом формировались ядра всех известных нам спиральных и эллиптических галактик.
Большое количество подобных скоплений в ранней Вселенной натолкнуло ученых на мысль, что живущие в них черные дыры могли "дирижировать" ростом галактик и управлять их формой и массой, а не наоборот, как сегодня считают многие астрофизики.
Руководствуясь этой идеей, ученые просчитали то, как менялась форма галактики при изменении числа шаровых скоплений и массы черных дыр в их центре, а также при повышении и понижении массы "бублика" из темной материи на окраинах галактик, который считается сегодня главным движущим фактором их рождения. Как оказалось, черные дыры играли решающую роль в рождении эллиптических и спиральных галактик, заставляя их формироваться даже в тех случаях, когда кольцо из темной материи отсутствовало.
Подобный сценарий формирования галактик, как отмечают исследователи, может объяснить одну из главных космологических загадок - то, почему самые ранние галактики обладают очень большой массой и имеют очень тяжелые черные дыры, чье существование ученые раньше не могли объяснить.
