Супермасивні чорні отвори (SMBH) важко пояснити. Вважається, що ці особливості гаргантуан знаходяться в центрі кожної великої галактики (наш Чумацький Шлях має одну), але їх наявність там іноді не піддається простому поясненню. Наскільки нам відомо, чорні діри утворюються при руйнуванні гігантських зірок. Але це пояснення не відповідає всім доказам.
Теорія зоряного колапсу добре справляється з поясненням більшості чорних дір. У цій теорії зірка, щонайменше в п’ять разів масивніша за наше Сонце, починає вичерпати паливо наприкінці свого життя. Оскільки зовнішній тиск ядерного синтезу зірки - це те, що підтримує її проти внутрішньої сили від власної маси, щось має дати, коли пальне закінчиться.
Зірка зазнає вибуху гіпернової, потім руйнується на собі. Залишилося чорна діра. Астрофізики вважають, що SMBH починають саме так, і переростають у свої величезні розміри, по суті "годуючись" іншою справою. Вони набрякають в розмірах і сидять в центрі своєї тяжкості, як павук, що відгодовується посеред його павутини.
Проблема з цим поясненням полягає в тому, що це потребує тривалого часу.
Там, у Всесвіті, вчені спостерігали стародавні СМББ. У березні цього року група астрономів оголосила про відкриття 83 СМБХ, які є настільки стародавніми, що вони заперечували наше розуміння. У 2017 році астрономи виявили чорну діру в сонячній масі на 800 мільйонів, яка повністю сформувалася лише через 690 мільйонів років після Великого вибуху. Вони виникли ще в часи Всесвіту, перш ніж був час перерости у їх надмасові форми.
Багато з цих СМБХ в мільярди разів масивніші за Сонце. Вони настільки великі червоні зміни, що вони, мабуть, були сформовані в перші 800 мільйонів років після Великого вибуху. Але для моделювання зоряного колапсу недостатньо часу, щоб пояснити їх. Питання, яке стоїть перед астрофізиками, полягає в тому, як вони за так мало часу зробили такі великі чорні діри?
Пара дослідників із Західного університету в Онтаріо, Канада, вважають, що вони це зрозуміли. У них з'явилася нова теорія під назвою «прямий крах», яка пояснює ці неймовірно давні SMBH.
Їх стаття має назву “Масова функція надмасивних чорних дірок у сценарії прямого колапсу” та опублікована у “Астрофізичному журналі” Листи. Автори - Шантану Басу та Арпан Дас. Басу - визнаний фахівець на ранніх стадіях формування зірок та еволюції протопланетних дисків. Він також є професором астрономії Західного університету. Дас також із Західного департаменту фізики та астрономії.
Їх теорія прямого краху говорить про те, що стародавні надмасивні чорні діри формувалися надзвичайно швидко за дуже короткі проміжки часу. Потім раптом вони перестали рости. Вони розробили нову математичну модель, щоб пояснити ці швидко утворюються, давні чорні діри. Вони кажуть, що грань Еддінгтона, яка є рівновагою між випромінювальною силою зірки та силою тяжіння всередині, грає роль.
У цих чорних дірах прямого колапсу Еддінгтонський ліміт регулює зростання маси, і дослідники стверджують, що ці стародавні чорні діри можуть навіть перевищити цю межу невеликою кількістю, як вони називають супер-Еддінгтон. Тоді через випромінювання інших зірок і чорних дір їхнє виробництво припинилося.
"Супермасивні чорні діри мали лише короткий проміжок часу, коли вони змогли швидко рости, а потім в якийсь момент через все випромінювання у Всесвіті, створене іншими чорними дірами та зірками, їх виробництво припинилося", - пояснює Басу в прес-реліз. "Це сценарій прямого краху".
"Це непрямі спостережливі докази того, що чорні діри походять від прямого руйнування, а не від зоряних залишків", - сказав Басу.
Ця нова теорія дає ефективне пояснення того, що було тернистим питанням в астрономії протягом певного часу. Басу вважає, що ці нові результати можна використовувати з майбутніми спостереженнями, щоб зробити висновок про історію формування надзвичайно масивних чорних дір, які існують у нашому Всесвіті дуже рано.
Джерела:
- Прес-реліз: Дослідники світять світло на походження чорної діри
- Дослідження: Масова функція надмасивних чорних дірок у сценарії прямого колапсу
- Космічний журнал: Занадто великий, занадто скоро. Чорна діра Чудовиська побачилася незабаром після Великого вибуху
- Університет Прінстона: Астрономи виявляють 83 супермасивні чорні діри у ранньому Всесвіті
- Вікіпедія: Світність Еддінгтона (ліміт)
