Астрономи довели, що у ранньому Всесвіті існували чорні діри з масою понад мільярд Сонць

Нове дослідження, опубліковане на сервері arX­iv, пропонує пояснення, як у ранньому Всесвіті могли з’явитися надмасивні чорні діри — об’єкти з масою в мільярди разів більшою за Сонце. Астрономи давно намагаються з’ясувати, як такі гіганти виникли за короткий час після Великого вибуху. У центрі Чумацького Шляху, на відстані 27 тисяч світлових років від Землі, розташована одна з них — її маса перевищує чотири мільйони Сонць. Подібні чорні діри є майже в кожній галактиці, а найбільші з відомих — понад 40 мільярдів.

Одна з поширених теорій припускає, що надмасивні чорні діри формуються поступово — у процесі злиття галактик. Галактики збираються у кластери, взаємодіють через темну матерію та темну енергію, і їхні чорні діри також зливаються, утворюючи більші об’єкти. Якщо ця модель правильна, то у найдавніших галактиках мали б існувати лише менші чорні діри, а надмасивні — з’являтися значно пізніше.

Однак спостереження телескопа James Webb показали інше: вже у перші 500 мільйонів років після Великого вибуху в деяких молодих галактиках існували чорні діри з масою понад мільярд Сонць. Це суперечить моделі повільного зростання, адже чорні діри не можуть так швидко набирати масу через межу Еддінгтона — фізичне обмеження, яке визначає максимальну швидкість їхнього росту.

Ілюстрація чорної діри, що росте з надзвичайно швидкою (дослівно — зі супер-Едінгтонівською) швидкістю. Джерело: NOIRLab/AURA/NSF/P. Maren­feld

Автори нового дослідження моделювали формування чорних дір у період “космічної темної епохи”, коли ще не було зір. Вони припускають, що тоді могли існувати щільні ділянки, де речовина не розсіювалась, і це дозволяло чорним дірам рости швидше за межу Еддінгтона. Такий період “суперзростання” був коротким і міг збільшити масу лише до приблизно 10 тисяч Сонць.

Цього недостатньо, щоб пояснити появу мільярдних чорних дір у ранньому Всесвіті. Оскільки злиття галактик також не дає повної відповіді, дослідники припускають, що частина чорних дір могла народитися вже масивною — як “насіннєві” об’єкти, які виникли дуже рано, можливо, ще під час інфляційного періоду незабаром після Великого вибуху.