Американські вчені довели, що надмасивні чорні діри могли утворитися з темної матерії

Нові дослідження висувають сміливу гіпотезу: темна матерія могла відіграти вирішальну роль у формуванні надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті. Це пояснення стало відповіддю на парадокс, пов’язаний із появою гігантських чорних дір вже через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху — задовго до того, як зірки мали би встигнути з’явитися, вибухнути як наднові та сформувати чорні діри.

Класичні сценарії припускають, що великі хмари водню й гелію могли б безпосередньо колапсувати у чорні діри без стадії зореутворення. Проте такі хмари швидко охолоджуються завдяки утворенню молекулярного водню, що призводить до їх фрагментації та формування зоряних скупчень, а не чорних дір. Єдиний спосіб запобігти цьому — зруйнувати молекули водню, але в ранньому Всесвіті не було джерел ультрафіолетового випромінювання, яке могло б виконати цю функцію.

Група дослідників під керівництвом Хао Цзяо з Університету Макгілла запропонувала альтернативне пояснення: використання надлегкої темної матерії. У їхній моделі темна матерія поводиться не як частинки, а як квантова рідина, здатна утворювати хвилі високої густини. Ці хвилі, завдяки резонансному ефекту, можуть самозбуджуватися й генерувати фотони — джерело світла в епоху, коли зірок ще не було.

Проблема в тому, що ці фотони надто слабкі, щоб ефективно руйнувати молекулярний водень. Однак дослідники виявили, що за певних умов — наприклад, шляхом процесу теплового збудження або турбулентності в газових хмарах — енергія фотонів може зростати. Газ при цьому нагрівається, і починає випромінювати вже в ширшому спектрі, включно з ультрафіолетом, який ефективно перешкоджає формуванню молекул водню.

Розрахунки моделі свідчать: якщо заповнити ранній Всесвіт надлегкою темною матерією в межах припустимих масових і енергетичних обмежень, то можна створити достатньо ультрафіолетового випромінювання, щоби газові хмари не фрагментувалися, а колапсували напряму в чорні діри. Це відкриває нове потенційне пояснення для виникнення «насіння» надмасивних чорних дір.

Попри те, що робота ще не пройшла рецензування й базується на спрощених симуляціях, вона має потенціал змінити уявлення про роль темної матерії у формуванні космічних структур. У майбутньому науковці планують провести складніші моделювання для перевірки стійкості гіпотези в умовах реалістичнішого Всесвіту. Тема вже привернула увагу дослідницької спільноти, тож дискусія навколо неї лише набирає обертів.