Учёные раскрыли, как чёрные дыры в ранней Вселенной росли с невероятной скоростью

Крошечные чёрные дыры могли превратиться в космических гигантов, бесконтрольно поглощая материю в хаотической ранней Вселенной. Автор: AI/ScienceDaily.com

Одной из самых давних загадок астрономии было понимание того, как чёрные дыры стали такими огромными за столь короткий по космическим меркам срок. Учёные давно знали, что сверхмассивные чёрные дыры существовали удивительно рано, но механизм их стремительного роста оставался неясен. Теперь исследователи из Ирландского университета Мейнута сообщают о прорывном объяснении в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy.

Согласно работе, ответ кроется в экстремальных и хаотических условиях молодой Вселенной.

Мы обнаружили, что хаотические условия, существовавшие в ранней Вселенной, спровоцировали ранний, быстрый рост небольших чёрных дыр в сверхмассивные, которые мы наблюдаем позже, после настоящего «пиршества», в ходе которого они поглощали материю вокруг себя.

— говорит аспирант кафедры физики университета Мейнута и ведущий автор исследования Даксал Мехта.

Используя передовое компьютерное моделирование, учёные реконструировали поведение первых чёрных дыр вскоре после их формирования.

Мы показали с помощью современных компьютерных симуляций, что первое поколение чёрных дыр — тех, что родились всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва — росло невероятно быстро, до десятков тысяч масс нашего Солнца.

Эти результаты помогают объяснить загадочные наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб», который обнаружил массивные чёрные дыры, существовавшие гораздо раньше, чем предсказывали многие теории.

Этот прорыв решает одну из больших загадок астрономии — как чёрные дыры, рождённые в ранней Вселенной и наблюдаемые телескопом «Джеймс Уэбб», смогли так быстро достичь сверхмассивных размеров.

— говорит доктор Льюис Проул, научный сотрудник университета Мейнута.

Моделирование указывает на плотные, богатые газом ранние галактики как на ключевой фактор этого быстрого роста. В таких средах чёрные дыры переживали краткие, но интенсивные всплески роста благодаря процессу, известному как «сверхэддингтоновская аккреция», когда чёрная дыра поглощает материю быстрее, чем позволяет обычная физика.

Этот процесс, по-видимому, обеспечивает давно утерянную связь между первыми звёздами Вселенной и сверхмассивными чёрными дырами, которые позже наблюдаются в центрах галактик.

Эти крошечные чёрные дыры ранее считались слишком маленькими, чтобы вырасти в исполинские дыры, наблюдаемые в центрах ранних галактик. Мы показали, что эти ранние чёрные дыры, хотя и малы, способны расти феноменально быстро при наличии подходящих условий.

— поясняет Даксал Мехта.

До сих пор многие учёные полагали, что только «тяжёлые семена» (чёрные дыры, изначально имеющие большую массу) могли объяснить наличие сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной.

Теперь мы не так уверены. «Тяжёлые семена» — явление более экзотическое и требующее редких условий для формирования. Наши симуляции показывают, что ваши «рядовые» чёрные дыры звёздной массы могут расти с экстремальной скоростью в ранней Вселенной.

— говорит доктор Джон Риган, руководитель исследовательской группы.

Ранняя Вселенная гораздо более хаотична и турбулентна, чем мы ожидали, с гораздо большей популяцией массивных чёрных дыр, чем мы предполагали.

— добавляет он.

Исследование также имеет значение для будущих космических миссий, таких как совместная миссия ESA-NASA LISA (Laser Interferometer Space Antenna), запуск которой запланирован на 2035 год.

Будущие наблюдения за гравитационными волнами с этой миссии могут позволить обнаружить слияния этих крошечных, ранних, быстрорастущих «детских» чёрных дыр.

— отмечает доктор Риган.

Такие обнаружения предложат новый мощный способ изучения самых ранних чёрных дыр Вселенной.