|
Вселенная способствовала увеличению размеров черных дыр
|
|
|
|
В центре Млечного Пути, всего в 27 000 световых годах от Земли, находится сверхмассивная черная дыра с массой более 4 миллионов солнц. Почти во всех галактиках есть сверхмассивные черные дыры, и многие из них намного массивнее. Масса черной дыры в эллиптической галактике M87 составляет 6,5 миллиардов солнц. Масса крупнейших черных дыр превышает 40 миллиардов солнечных масс. Мы знаем, что эти монстры таятся в космосе, но как они образовались?
|
|
|
|
Одна из идей заключается в том, что сверхмассивные черные дыры образуются со временем в результате слияния. Из-за темной материи и темной энергии галактики формируются в скопления, разделенные пустотами. Со временем пустоты увеличиваются, в то время как галактики собираются вместе и в конечном итоге сливаются. Черные дыры внутри этих галактик также сливаются, образуя сверхмассивные объекты, которые мы видим сегодня.
|
|
|
|
Конечно, это требует времени. Если эта модель верна, то в самых отдаленных галактиках должны быть черные дыры меньшего размера, массой в миллион солнечных, и мы должны видеть гиганты массой в миллиард солнечных только в ближайшей Вселенной. Но наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба показали, что сверхмассивные черные дыры во многих самых отдаленных галактиках огромны. Черные дыры массой более миллиарда солнц уже существовали, когда Вселенной было всего полмиллиарда лет. Эти молодые гиганты слишком массивны, чтобы их можно было объяснить слияниями, и они не поддаются общепринятым объяснениям.
|
|
|
|
|
|
|
Вы можете задаться вопросом, почему. В конце концов, ранняя Вселенная была невероятно плотной. При наличии достаточного количества вещества, которым могли бы позавтракать черные дыры, почему они не могли быстро набирать вес? Причина в так называемом пределе Эддингтона. Когда материя притягивается к черной дыре, она превращается в сверхгорячую плазму высокого давления. Это отталкивает более удаленную материю от черной дыры, замедляя скорость роста. Предел Эддингтона - это максимальная скорость, с которой черная дыра может расти. Такой скорости недостаточно, чтобы объяснить все гигантские черные дыры, которые мы видим в раннем космосе.
|
|
|
|
Но самый ранний период существования Вселенной сильно отличается от вселенной сегодняшней. Что, если предел Эддингтона тогда не применялся? Этот вопрос рассматривается в недавней статье на сервере препринтов arXiv. Авторы создали сложные гидродинамические модели, чтобы проследить за образованием черных дыр во время космического темного века.
|
|
|
|
Период после того, как электроны и ядра остыли, образовав атомы, но до реионизации, когда образовались первые звезды и вновь озарили космос светом. Мы знаем, что в этот период начали формироваться галактики, поэтому разумно предположить, что в это время также образовались сверхмассивные черные дыры.
|
|
|
|
Основываясь на своем моделировании, авторы обнаружили, что существует суперэддингтоновский период. Существуют области с такой плотностью, что сверхгорячее вещество вблизи черной дыры не может проникнуть в эту область. Это позволило ранним черным дырам расти быстрее, чем это возможно сегодня, но только до массы около 10 000 солнечных масс.
|
|
|
|
Согласно результатам моделирования, после этого включается цикл обратной связи по Эддингтону, и темпы роста снова ограничиваются. Команда также обнаружила, что этот сверхэддингтоновский рост не сильно помогает в долгосрочной перспективе. В конце концов, даже черные дыры, которые всегда растут медленнее Эддингтона, достигнут одинаковой массы. Олимпийский спринтер Усэйн Болт, возможно, и является самым быстрым человеком в мире, но марафонец Элиуд Кипчоге обойдет его на более длинной дистанции.
|
|
|
|
Это исследование убедительно доказывает, что суперэддингтоновский рост не может объяснить все черные дыры массой в миллиард солнечных масс, которые мы наблюдаем в ранней Вселенной. Поскольку слияния галактик также не могут их объяснить, эта работа указывает на другое решение: черные дыры с большой массой зародыша, которые образовались очень рано, возможно, даже во время инфляционного периода вскоре после Большого взрыва.
|
|
|
|
Источник
|
