Сверхмассивные черные дыры могли рождаться в скоростных потоках газа

Для роста и набора массы, на многие порядки превышающей массы звезд, сверхмассивным черным дырам нужно не только достаточно материи, но и немало времени. Даже появление небольшой дыры-«зародыша» требует хотя бы роста, эволюции и гибели крупной звезды, а затем долгого «питания» материей. Однако даже самые крупные из них встречаются на огромном удалении, в тех временах, когда Вселенная была слишком молода и на рост им попросту не хватило бы времени. Дыры массой 10 млн солнечных могут относиться всего к 1 млрд лет спустя после Большого взрыва, а современные могут набрать и десятки миллиардов солнечных масс.

Считается, что они могли образоваться из-за слияния дыр «предыдущего поколения». Однако и этого механизма, видимо, недостаточно. Новый способ образования зародышей сверхмассивных черных дыр в молодой Вселенной предложил Синго Хирано (Shingo Hirano) из Техасского университета в Остине. Статья Хирано и его коллег опубликована в журнале Science и описывает вариант быстрого формирования крупных черных дыр напрямую из газопылевых облаков массой в десятки и сотни масс Солнца.

По новой гипотезе, все начинается с гало темной материи, с которым сталкивается быстрый поток газа. Следуя воздействию гравитации гало, этот поток ускоряется и сжимается в плотное облако. Если скорость газа была не слишком велика, вскоре это облако распадется на отдельные фрагменты и образует некоторое количество молодых звезд. Однако Синго Хирано с соавторами показали, что при достаточной начальной скорости газа в облаке сохраняются турбулентности, мешающие его разделению.

Проведенное астрономами моделирование подтвердило, что это позволяет облаку накопить еще большую массу, пока она не увеличится достаточно, и газ не сколлапсирует, сформировав одну звезду-сверхгиганта массой в тысячи раз больше Солнца. Такие великаны долго не живут, и за несколько сотен миллионов лет звезда образует черную дыру – быстрорастущий «зародыш» будущего сверхмассивного гиганта. По расчетам ученых, такой механизм позволяет появиться черным дырам массой до 2 млрд масс Солнца за какие-то 800 тыс. лет после Большого взрыва. Он мог и не быть достаточно распространенным, но для образования известного нам количества сверхмассивных черных дыр его вполне достаточно.

Чтобы проверить эти выкладки, понадобятся чрезвычайно сложные наблюдения за ранней Вселенной. Такая задача по силам лишь новейшим поколениям телескопов, которые только начинают входить в строй – таким как космический James Webb, готовящийся к запуску в будущем году.