Астрономы все еще могут заглянуть в эти реликвии ранней
Вселенной, когда они смотрят на квазары, невероятно крупные, необыкновенно
яркие объекты, которые, как считается, питаются от старых черных дыр, в
миллиарды раз более массивных, чем Солнце Земли. Однако само существование этих
древних предметов создает проблему. Многие квазары происходят из первых 800
миллионов лет существования Вселенной задолго до того, как звезды смогли
вырасти достаточно большими, чтобы рухнуть под собственной массой, взорваться в
сверхновую и образовать черную дыру.
Так откуда взялись эти старые дыры в ткани
пространства-времени? Согласно одной из популярных теорий, может быть, все, что
для этого нужно — это много газа.
В новом исследовании ученые запустили компьютерную модель,
чтобы показать, что некоторые сверхмассивные черные дыры в очень ранней
вселенной могли образоваться, просто аккумулируя гигантское количество газа в
одном гравитационно связанном облаке. Исследователи обнаружили, что через
несколько сотен миллионов лет достаточно большое облако может рухнуть под
собственной массой и создать небольшую черную дыру — сверхновой не требуется.
Эти теоретические объекты известны как черные дыры прямого
коллапса (DCBHs). По словам эксперта по черным дырам Шантану Басу, ведущего
автора нового исследования и астрофизика Западного университета в Лондоне,
Онтарио, одной из определяющих особенностей DCBHs является то, что они, должно
быть, сформировались очень быстро за очень короткий период времени в ранней
вселенной.
«Черные дыры образуются всего за 150 миллионов лет и
быстро растут за это время», — сказал Басу. «Те, что образуются в
начале 150-миллионного временного окна, могут увеличить свою массу в 10 тысяч
раз.»
Как облако газа превращается в черную дыру? Согласно
исследованию 2017 года, для такого преобразования требуются две галактики с
очень разными личностями: одна из них должна быть космическим переизбытком с
кучей молодых звезд, а другая скромным скоплением беззвездного газа.
Когда в занятой галактике образуются новые звезды, они
испускают постоянный поток горячего излучения, которое стекает над соседней
галактикой, предотвращая коалесценцию газа в звезды. В течение нескольких сотен
миллионов лет это беззвездное газовое облако могло накапливать настолько много
излучения, что просто рухнуть под собственным весом, образуя черную дыру без
образования звезды.
Вскоре эта «семенная» черная дыра может достичь
сверхмассивного состояния, быстро поглощая материи из близлежащих туманностей,
что может привести к появлению гигантских квазаров, которые мы видим сегодня.
Хотя в настоящее время DCBH остаются теоретическими,
некоторые астрономы полагают, что космический телескоп Хаббл, возможно,
действительно поймал такой объект в 2017 году. По мнению авторов исследования
на эту тему, гигантская звезда просто исчезла перед глазом камеры Хаббла,
исчезнув без сказочной вспышки сверхновой. Лучшее объяснение, пишут
исследователи, заключается в том, что массивная звезда просто рухнула в черную
дыру без всякой помпы и фейерверка.
В 2009 году массивная звезда N6946-BH1 сияла в 1 миллион раз
ярче солнца. К 2015 году она бесследно исчезла. Астрономы думают, что это
редкое свидетельство того, что звезда превращается в черную дыру, не образуя сверхновую.
В ходе многолетнего исследования, кульминацией которого
стало исследование 2017 года, шесть других близлежащих звезд взорвались в огне
и ярости, рождая теорию, что примерно 1 из 7 (14%) крупных звезд сойдут на нет,
просто растворившись в пустоте.
