Недавние исследования предлагают решение давней космической тайны: неожиданно быстрое формирование сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной. Данные, полученные с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), показали, что эти гиганты существовали всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва — гораздо раньше, чем предсказывают современные космологические модели. Новое исследование предполагает, что эти чёрные дыры росли взрывообразно благодаря периодам «сверхэддингтоновского аккрецирования», по сути, космическому пиршеству.
Проблема ранних чёрных дыр
Стандартная модель формирования чёрных дыр предполагает, что они растут в течение миллиардов лет посредством слияний и постепенного поглощения материи. Однако наблюдения JWST показали существование сверхмассивных чёрных дыр в то время, когда Вселенная была лишь частью своего нынешнего возраста, что делает сроки их развития невозможными в рамках традиционной теории. Это несоответствие — существование массивных чёрных дыр слишком рано в космической истории — требовало нового объяснения.
Решение: Сверхэддингтонское аккрецирование
Исследователи из Университета Мейнут использовали передовое компьютерное моделирование, чтобы продемонстрировать, как ранние чёрные дыры могли обойти обычные ограничения роста. Ранняя Вселенная характеризовалась хаотичными, плотными газовыми облаками. В этих условиях меньшие чёрные дыры могли кратковременно превышать «предел Эддингтона» — максимальную скорость, с которой чёрная дыра может поглощать материю, не останавливая приток из-за давления излучения.
«Мы обнаружили с помощью передовых компьютерных симуляций, что чёрные дыры первого поколения… росли невероятно быстро, увеличившись в десятки тысяч раз по сравнению с размером нашего Солнца.» – Даксал Мехта, Университет Мейнут.
Этот быстрый рост, названный «сверхэддингтонским аккрецированием», позволил ранним чёрным дырам быстро накапливать массу, достигая размеров в десятки тысяч солнечных масс. Хотя они ещё не были сверхмассивными, это дало им решающее преимущество для последующих слияний, которые в конечном итоге сформировали гиганты в центрах галактик, наблюдаемые сегодня.
Последствия для моделей «зародышей» чёрных дыр
Ранее преобладающей гипотезой было то, что только «тяжёлые зародыши» — чёрные дыры, рожденные с уже значительной массой — могли расти достаточно быстро, чтобы объяснить данные JWST. Новое исследование показывает, что даже стандартные звёздные чёрные дыры, при правильных условиях, могут расти достаточно быстро, чтобы запустить процесс формирования сверхмассивных чёрных дыр.
Будущее исследований
Для подтверждения этой теории потребуются новые наблюдательные инструменты. Детекторы гравитационных волн, такие как предстоящая космическая лазерная интерферометрическая антенна (LISA), могут обнаружить слияния этих быстрорастущих ранних чёрных дыр, предоставив прямые доказательства предложенного пиршества.
В заключение, открытие того, что ранние чёрные дыры могли расти с экстремальными скоростями в хаотичных условиях молодой Вселенной, предлагает убедительное объяснение их неожиданному присутствию. Это исследование не только проливает свет на формирование сверхмассивных чёрных дыр, но и подчеркивает важность высокоточных симуляций в раскрытии тайн ранней Вселенной.
