Сверхмассивные черные дыры, такие как та, что прячется в центре нашей галактики Млечный Путь, формируются очень долго. Обычно для рождения черной дыры нужно, чтобы гигантская звезда, в 50 раз массивнее нашего Солнца, полностью выгорела, а затем ее ядро коллапсировало. Этот процесс может занять миллиарды лет.
Однако такие "молодые" черные дыры, как Стрелец А* с массой в 4 миллиона солнечных, или еще более массивные черные дыры в других галактиках, требуют огромного времени для своего роста. Они накапливают массу, поглощая газ, звезды и сливаясь с другими черными дырами. Но почему космический телескоп JWST обнаруживает сверхмассивные черные дыры в те времена, когда Вселенной еще не исполнилось и миллиарда лет?
Астрофизики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предложили ответ, который столь же интригует, как и сами черные дыры: темная материя не давала водороду достаточно быстро остыть, позволяя гравитации сгущать его в облака, настолько плотные, что они сразу превращались в черные дыры, а не в звезды. Их исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Некоторые ученые предполагали, что огромные облака газа могут схлопнуться и напрямую образовать сверхмассивные черные дыры, обходя стадии звездного горения и слияний. Но здесь возникает проблема: гравитация, хотя и стягивает облака, не образует одну большую черную дыру. Вместо этого газ остывает слишком быстро, и вместо одной большой черной дыры появляются множество маленьких.
Скорость охлаждения газа зависит от количества молекулярного водорода, который действует как агент охлаждения. В ранней Вселенной водородные облака остывали слишком быстро, образуя мелкие гало, а не большие облака. Чтобы объяснить это, команда разработала компьютерный код, который показал, что дополнительное излучение могло нагреть газ и разрушить молекулы водорода, что замедлило процесс охлаждения.
Но откуда это излучение? Оказалось, что нестабильные частицы темной материи могли распадаться, испуская фотоны, которые мешали водородным облакам быстро остывать. Это излучение позволило крупным облакам сохранить свою целостность и в конечном итоге превратиться в сверхмассивные черные дыры.