Близько 13 мільярдів років тому, коли наш Всесвіт ще був лише неспокійним стартапом, космос вдарив творчою смугою і викреслив надмасивні чорні діри ліворуч, праворуч і в центрі.
Астрономи все ще можуть заглянути в ці мощі раннього Всесвіту, коли вони дивляться на квазари, неймовірно великі, надзвичайно яскраві предмети, які, як вважають, живлять старі чорні діри в мільярди разів масивніші, ніж земне сонце. Однак саме існування цих стародавніх предметів створює проблему. Здається, що багато квазарів походять з перших 800 мільйонів років Всесвіту, задовго до того, як будь-які зірки могли вирости великі або старі, щоб розвалитися під власною масою, вибухнути в надновій і утворити чорну діру.
Отже, звідки беруться ці старі дірки в тканині простору-часу? Згідно з однією популярною теорією, можливо, все, що потрібно, - це ціла кількість газу.
У новому дослідженні, опублікованому 28 червня в The Astrophysical Journal Letters, дослідники запустили комп'ютерну модель, щоб показати, що певні надмасивні чорні діри у самому ранньому Всесвіті могли утворитися, просто накопичивши гаргантуальну кількість газу в одній гравітаційно пов'язаній хмарі. Дослідники виявили, що за кілька сотень мільйонів років досить велика така хмара може обвалитися під власною масою та створити невелику чорну діру - не потрібна наднова.
Ці теоретичні об'єкти відомі як чорні діри прямого колапсу (DCBHs). За словами експерта з чорних дір Шантану Басу, головного автора нового дослідження та астрофізика Західного університету в Лондоні, Онтаріо, однією з визначальних особливостей DCBHs є те, що вони, можливо, сформувалися дуже, дуже швидко протягом дуже короткого періоду часу в ранній Всесвіт.
"Чорні діри утворюються протягом всього приблизно 150 мільйонів років і швидко зростають за цей час", - сказав Басу в ефірі електронної пошти Базу. "Ті, що формуються на початку періоду 150-мільйонного періоду часу, можуть збільшити свою масу в 10 тисяч".
Як хмара газу стає чорною дірою? Згідно з дослідженням 2017 року, для такої трансформації потрібні дві галактики з дуже різними особистостями: одна з них - космічний першокласник, який утворює безліч дитячих зірок, а інша - стримана купа беззоряного газу.
У міру того, як у зайнятій галактиці утворюються нові зірки, вони вибухають постійним потоком гарячої радіації, що омивається над сусідньою галактикою, не даючи газу там перетворитися на власні зірки. Протягом кількох сотень мільйонів років ця беззоряна газова хмара могла накопичити стільки речовини, що вона просто руйнується під власною вагою, утворюючи чорну діру, не створюючи ніколи зірки, знайшов Басу.
Незабаром ця "насінна" чорна діра може продовжитись, щоб досягти надмасивного статусу, стрімко збиваючи речовини з сусідніх туманностей - можливо, народжуючи гаргантуанські квазари, які ми можемо побачити сьогодні.
За словами Басу, цей акт космічної хореографії міг бути можливим лише за короткий проміжок часу, протягом перших 800 мільйонів років життя Всесвіту, перш ніж космос став занадто переповнений зірками та іншими чорними дірами, щоб цей процес відбувся. Протягом 1 мільярда років після Великого вибуху у Всесвіті, можливо, вже було стільки фонового випромінювання, що надмасивна чорна діра намагатиметься знайти достатню кількість газу для висмоктування та продовження свого експоненційного зростання.
"Ми припускаємо, що після цього 150-мільйонного періоду нового виробництва чорних дір не буде", - сказав Басю. "Це пояснює, чому спостерігається різке падіння кількості чорних дір над певною масою та світністю у Всесвіті".
Хоча DCBH поки що залишаються теоретичними, деякі астрономи вважають, що космічний телескоп Хаббла, можливо, насправді уловив такий об'єкт, який формується, у 2017 році. За даними авторів дослідження того року з цього питання, перед камерою Хаббла просто зійшла гігантська зірка око, зникаючи без показового спалаху наднової. Найкраще пояснення, писали дослідники, полягає в тому, що масивна зірка просто обвалилася в чорну діру без жодної помпи та феєрверку.
Під час багаторічного опитування, яке завершилось у цьому дослідженні 2017 року, шість інших сусідніх зірок вибухнули у вогні та люті, що дозволяє припустити, що приблизно 1 з 7 (14%) великих зірок зустрічають свої кінці, просто зникаючи в порожнечу.
