Астрономы подтвердили возможность появления сверхмассивных черных дыр без участия звезд

Сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной могли появляться в ходе коллапса плотных скоплений газа и пыли, минуя предварительный этап эволюции и взрыва крупной звезды.

Сверхмассивные черные дыры образуют активные сердца крупных галактик. По «классической» схеме черная дыра завершает существование крупной звезды. Коллапсировав, она начинает постепенно набирать массу, поглощая газ и звезды, сливаясь с другими дырами. На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнц, которых достигают многие сверхмассивные черные дыры, может уйти порядочно времени. А между тем некоторые из них появились удивительно рано, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Известны такие объекты, относящиеся к 800 миллионам и даже 690 миллионам лет с начала Вселенной.

Трудно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок, эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. Для решения парадокса предлагаются самые разные гипотезы, включая коллапс короткоживущих звезд молодой Вселенной. Новую идею выдвинули ученые из Университета Западного Онтарио. Сценарий «прямого коллапса» они описывают в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.

Профессор Шантану Басу (Shantanu Basu) и Арпан Дас (Arpan Das) рассмотрели концепцию рождения черных дыр не из крупных звезд, а напрямую из плотных скоплений материи в центрах протогалактик. Разогреваясь и интенсивно излучая, такие скопления блокируют появление молодых звезд во все более обширном пространстве. «Свободного» плотного газа становится все больше, пока он не коллапсирует, оставив дыру массой в десятки и сотни тысяч масс Солнца - в дальнейшем ей остается лишь расти и набирать больше вещества. В новой работе ученые подтвердили такой сценарий.

Как и у некоторых других объектов, рост черных дыр определяется пределом Эддингтона - отношением направленного наружу давления излучения и силы тяжести, направленной внутрь. Басу и Дас предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться в течение недолгого времени. Однако вскоре излучение новорожденных звезд и других дыр достигло критического предела - и прямой коллапс новых сверхмассивных дыр стал невозможен.