Учёные смоделировали условия появления первых сверхмассивных чёрных дыр

Международная группа астрономов выяснила, при каких условиях во Вселенной могли возникнуть первые сверхмассивные чёрные дыры. Согласно их работе, опубликованной в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, такие объекты могли начать формироваться уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Речь идёт о «тяжёлых зародышах» — чёрных дырах, появившихся не из остатков погибших звёзд, а иным путём.

Проблема известна давно: телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл в очень ранней Вселенной галактики, внутри которых уже были кандидаты в «семена» сверхмассивных чёрных дыр. Если бы они росли из чёрных дыр звёздной массы, им не хватило бы времени достичь миллиардов солнечных масс. Учёные рассмотрели сценарий прямого коллапса: огромные облака холодного газа могли быстро сжиматься в массивные плотные объекты, становясь зародышами СМЧД. Но для этого требовались особые условия.

Чтобы понять, где это происходило, исследователи соединили компьютерные модели эволюции тёмной материи с расчётами формирования чёрных дыр и развития галактик. Выяснилось, что подходящими «роддомами» были области с повышенной концентрацией вещества, где сталкивались и сливались гало тёмной материи, а вокруг скапливались газ, пыль и молодые звёзды. Особенно важным оказался период около 13,64 млрд лет назад — через 160 млн лет после Большого взрыва.

Однако это окно возможностей быстро закрылось. Примерно 13,5–13,4 млрд лет назад межгалактическая среда стала насыщаться тяжёлыми элементами, которые выбрасывали первые звёзды населения III, заканчивавшие жизнь взрывами сверхновых. Первозданный газ перестал подходить для прямого коллапса, и первые звёзды сами частично перекрыли путь для дальнейшего рождения тяжёлых зародышей СМЧД.

Авторы считают, что проверить эту картину помогут будущие наблюдения «Джеймса Уэбба». Одним из ключей станет поиск большого числа активных ядер галактик, связанных с очень далёкими квазарами. Если таких объектов окажется много, это подтвердит, что первые сверхмассивные чёрные дыры предпочитали формироваться в особенно плотных участках молодой Вселенной.

NASA запускает охотника за планетами, который увидит 100 тысяч миров

Достоверные новости всегда под рукой — в канале "МК" в MAX