Откуда ведут свой род самые крупные черные дыры Вселенной? По одной из гипотез, они образуются из дыр поменьше, постепенно втягивающих в себя все большие объемы материи. Однако новые теоретические исследования показывают, что в те далекие времена, когда эти небольшие дыры появились, им попросту оказывалось нечего поглощать. Так что по-прежнему остается неясным, откуда, все-таки, ведут свой род самые крупные черные дыры...
Проблемы происхождения: Голодная молодость черных дыр
Сверхмассивные черные дыры обнаруживаются в центрах галактик, появившихся лишь несколько миллионов лет спустя после Большого взрыва. Но как они успели за это время набрать всю свою колоссальную массу, совершенно непонятно.
Начать, пожалуй, лучше издалека — во всех смыслах. Одни из самых ярких объектов Вселенной — квазары — отличаются крайне высокой светимостью и малыми угловыми размерами. Большинство известных квазаров обнаруживаются поблизости от центров эллиптических галактик с их сверхмассивными черными дырами. Поэтому считается, что квазары представляют собой колоссальные выбросы излучения, которые создает материя, падающая в недра гигантских черных дыр, в миллиарды раз тяжелее нашего Солнца. Они (по счастью) наблюдаются на крайнем удалении от нас — так далеко, что, судя по расчетам, появились они еще в молодой Вселенной, менее чем миллиард лет спустя после Большого взрыва.
Одна из главных загадок сверхмассивных черных дыр — источник, из которого они набирают массу. Наиболее популярна гипотеза о том, что они вырастают из небольших «зародышей», черных дыр массой около 100 солнечных. А эти дыры, в свою очередь, появились после гибели первого поколения звезд, зародившихся в ранней Вселенной. В то же время, известно, что первые звезды стали формироваться только несколько сотен миллионов лет спустя после Большого взрыва. А значит, в рамках этой гипотезы они должны были бы успеть вырасти, отработать топливо и коллапсировать, то есть пережить весь цикл классической звездной эволюции за крайне короткий срок, совершенно нехарактерный для звезд, современных нам. Но даже если это было так, у «зародышевых» дыр было, по расчетам, слишком мало времени на то, чтобы вырасти до своих невероятных размеров — тех, что воспламеняют квазары.
И недавнее исследование, проведенное стэнфордским астрофизиком Томом Абелем (Tom Abel) с коллегами, только усложнило ситуацию. Дело в том, что в нем ученые показали, что если «зародышевые» черные дыры сформировались из первых поколений звезд, в то время им попросту было нечем «питаться».
Проведя тщательное компьютерное моделирование первого поколения звезд, которые, считается, были довольно крупными и яркими, ученые показали, что мощности излучения таких звезд достаточно, чтобы быстро уносить материю прочь от них, все дальше в пространство, недоступное для черной дыры, которая спустя миллионы лет образуется на месте звезды. Новорожденная черная дыра в их теоретическом эксперименте оказывалась буквально на голодном пайке. Лишь спустя 100 млн. лет она притягивала хоть какое-то количество материи — такие потери никак не укладываются в простой расчет, по которому они должны за несколько миллиардов лет увеличить свою массу в разы и разы. «Насколько я могу судить, — подытоживает Том Абель, — они не могут являться предшественниками сверхмассивных черных дыр».
Некоторые ученые считают, что это исследование косвенно свидетельствует в пользу альтернативной версии происхождения этих колоссальных объектов. Эта гипотеза предполагает, что огромные облака космической пыли и газа непосредственно способны коллапсировать с образованием массивной черной дыры массой от 1 тыс. до 1 млн солнечных — минуя стадию звезды. Ну а затем мощнейшее гравитационное поле такой крупной дыры позволяет ей быстро набрать требуемую массу.
Кстати, и сегодня, по мнению теоретиков, сверхмассивным черным дырам приходится несладко. Пожрав все, до чего они могли быстро дотянуться, они снова голодают — о чем мы, впрочем, уже рассказывали в заметке «Галактические пираньи».
По публикации New Scientist Space