Астрономы подтвердили возможность появления сверхмассивных черных дыр без участия звезд

Сверхмассивные черные дыры образуют активные сердца крупных галактик. По «классической» схеме черная дыра завершает существование крупной звезды. Коллапсировав, она начинает постепенно набирать массу, поглощая газ и звезды, сливаясь с другими дырами. На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнц, которых достигают многие сверхмассивные черные дыры, может уйти порядочно времени. А между тем некоторые из них появились удивительно рано, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Известны такие объекты, относящиеся к 800 миллионам и даже 690 миллионам лет с начала Вселенной.

Трудно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок, эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. Для решения парадокса предлагаются самые разные гипотезы, включая коллапс короткоживущих звезд молодой Вселенной. Новую идею выдвинули ученые из Университета Западного Онтарио. Сценарий «прямого коллапса» они описывают в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters. 

Профессор Шантану Басу (Shantanu Basu) и Арпан Дас (Arpan Das) рассмотрели концепцию рождения черных дыр не из крупных звезд, а напрямую из плотных скоплений материи в центрах протогалактик. Разогреваясь и интенсивно излучая, такие скопления блокируют появление молодых звезд во все более обширном пространстве. «Свободного» плотного газа становится все больше, пока он не коллапсирует, оставив дыру массой в десятки и сотни тысяч масс Солнца — в дальнейшем ей остается лишь расти и набирать больше вещества. В новой работе ученые подтвердили такой сценарий.

Как и у некоторых других объектов, рост черных дыр определяется пределом Эддингтона — отношением направленного наружу давления излучения и силы тяжести, направленной внутрь. Басу и Дас предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться в течение недолгого времени. Однако вскоре излучение новорожденных звезд и других дыр достигло критического предела — и прямой коллапс новых сверхмассивных дыр стал невозможен.