Сверхмассивные черные дыры — одни из самых впечатляющих и пугающих объектов во Вселенной, с массой, которая может в миллиард раз превышать массу Солнца. И они существуют уже очень давно.
Астрономы обнаружили яркие источники света в центрах галактик, называемые квазарами (это быстро растущие сверхмассивные черные дыры), когда Вселенной было менее миллиарда лет. Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, использовало данные с космического телескопа Hubble и показало, что в ранней Вселенной было гораздо больше, хотя и менее ярких черных дыр, чем считалось ранее. Это открытие может помочь понять, как эти объекты формировались и почему многие из них оказались настолько массивными.
Черные дыры увеличиваются, поглощая окружающее вещество, процесс называется аккрецией. Он производит огромное количество радиации, что накладывает ограничения на скорость роста черных дыр. Из-за этого ученые задались вопросом: как некоторые ранние квазары стали такими огромными за столь короткий срок? Они либо росли быстрее, чем физически возможно, либо изначально были чрезвычайно массивными.
Есть несколько теорий о том, как образуются черные дыры. Одна из них предполагает, что так называемые первичные черные дыры могли появиться сразу после Большого взрыва. Однако такая модель лучше объясняет образование черных дыр с малой массой, а не с огромной, как у квазаров. Также черные дыры могут формироваться на последних стадиях жизни массивных звезд, но такие "звездные семена" должны расти крайне быстро в плотных звездных скоплениях, чтобы достичь наблюдаемых размеров.
Есть другая теория, предполагающая, что черные дыры могли возникать из "тяжелых семян", с массой в тысячу раз больше, чем у обычных звезд. Эти "семена" могли появляться через процессы "прямого коллапса", когда облака газа под воздействием темной материи не превращались в звезды, а сразу коллапсировали в черные дыры. Однако таких коллапсов было немного, и они не могут объяснить массовое появление черных дыр.
Ученые уже давно знают, сколько галактик существовало в первый миллиард лет Вселенной, но обнаружение черных дыр в этих галактиках было сложной задачей — лишь яркие квазары можно было точно зафиксировать. Однако новые наблюдения показали, что черных дыр в ранних галактиках гораздо больше, чем предполагалось.
Другие исследования, например с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), также подтверждают эти выводы. Мы находим больше черных дыр, чем может образоваться через прямой коллапс, что требует поиска других объяснений. Одной из возможностей является гипотеза о "темных звездах". Это объекты, которые формируются из газовых облаков, но не становятся полноценными звездами, так как на них воздействует темная материя. Эти "звезды" могут продолжать расти гораздо дольше обычных звезд, а затем коллапсировать в черные дыры.
Мы на пороге новых открытий. Новые космические миссии, такие как Euclid и телескоп Нэнси Грейс Роман, помогут лучше понять, как развивались черные дыры на ранних этапах Вселенной. Важно также следить за JWST, который с его высокой чувствительностью позволит нам в ближайшие годы исследовать самые слабые черные дыры и, возможно, даже засечь их рождение.
Скорее всего, мы увидим процесс формирования черной дыры в реальном времени, наблюдая за взрывами, вызванными коллапсом первых звезд. Модели показывают, что это возможно, но для этого потребуется координированная работа астрономов со всего мира.