Астрономы раскрыли тайну образования древнейших сверхмассивных чёрных дыр

Моделирование показало, как загадочные древнейшие сверхмассивные чёрные дыры могли сформироваться уже 13 миллиардов лет назад.

Астрофизики из Ирландии, США и Финляндии предложили принципиально новую модель образования сверхмассивных чёрных дыр. Она объясняет наблюдаемые факты, в частности то, что таких объектов было немало уже 13 миллиардов лет назад, когда они ещё не должны были успеть набрать столь большую массу. Соответствующая статья опубликована в Nature Astronomy.

Согласно модели в ранней Вселенной галактики могли находиться на очень небольшом расстоянии друг от друга. Если одна из них обладала большой светимостью (т.е. содержала много ярких и массивных звёзд), то ультрафиолетовое излучение от неё подавляло образование звёзд во второй галактике, формировавшейся с лёгким опозданием относительно первой. Подавление происходило за счёт расщепления молекулярного водорода и его превращения в атомарный в газовых облаках второй галактики. Атомарный водород намного менее склонен к гравитационному коллапсу (схлопыванию) в протозвезду, чем молекулярный.

При таком сценарии вторая галактика продолжает накапливать атомарный газ, но не создаёт звёзд. В итоге плотность газа там начинает подходить к критическим значениям, недостижимым в обычной галактике. Согласно моделированию, в конечном счёте он коллапсирует в крупную чёрную дыру. Она быстро поглощает плотный окружающий газ и всего за 100 000 лет набирает миллион масс Солнца. Дальше набор вещества замедляется: интенсивное поглощение создаёт аккреционный диск, ярко излучающий и своим светом расталкивающий газ во все стороны. Однако за следующие несколько сотен миллионов лет дыра всё же достигает миллиарда солнечных масс.

Это согласуется с реальными наблюдениями, согласно которым уже 13 миллиардов лет назад (через 0,8 миллиарда лет после Большого взрыва) во Вселенной были десятки сверхмассивных чёрных дыр массой за миллиард солнечных. Существование таких объектов долгое время оставалось загадкой. Дело в том, что скорость роста чёрных дыр в нормальных условиях довольно ограничена. Например, сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А* в центре нашей Галактики (Млечный Путь) за многие миллиарды лет существования набрала всего четыре миллиона солнечных масс. Как за 800 миллионов лет многие дыры из ранней Вселенной смогли стать намного массивнее, понять не так просто.

Следует отметить, что новое моделирование опирается на ряд положений, которые в настоящее время проверить нельзя. Одно из них гласит, что две довольно массивные (в десятки миллионов масс Солнца) галактики в ранней Вселенной могли быть расположены крайне близко друг к другу. Сейчас за счёт продолжающегося расширения Вселенной таких ситуаций не встречается. Кроме того, неясно, почему водород внешней части второй галактики из описанной пары не закрывал от ионизирующего излучения водород из внутренней части той же галактики. В этом случае образование новых звёзд там всё равно шло бы и схлопывание массивов газа в чёрную дыру было бы затруднено.