Вчені пояснили, як формувалися перші гігантські чорні діри у Всесвіті

Астрофізик Джонатан Тан з Університету Вірджинії запропонував нову теоретичну модель формування надмасивних чорних дір, які розташовуються в центрах більшості великих галактик і мають масу від мільйонів до мільярдів Сонць. Дослідження опубліковане на сервері препринтів arX­iv і невдовзі вийде в журналі The Astro­phys­i­cal Jour­nal Let­ters.

Теорія, яку Тан назвав «Pop III.1», припускає, що всі надмасивні чорні діри утворюються як залишки перших у Всесвіті зірок — так званих зірок «Pop­u­la­tion III.1». Вони зростали до гігантських розмірів під впливом енергії, що виділялася під час анігіляції темної матерії. Модель уже пояснила низку результатів спостережень космічного телескопа Джеймса Вебба, який знаходить такі чорні діри на великих відстанях і в дуже ранню епоху існування Всесвіту.

Згідно з новим прогнозом Тана, попередники цих чорних дір — надмасивні зірки — швидко іонізували водень у Всесвіті, створюючи яскраві спалахи, що поширювались у космічному просторі. Це могло статися задовго до основної епохи іонізації, яку спричинили звичайні галактики. Така додаткова рання іонізація, на думку вченого, може допомогти пояснити кілька сучасних наукових проблем, зокрема «Габлівську напругу», гіпотезу про «динамічну темну енергію» та перевагу моделей із «негативною масою нейтрино».

Комп’ютерна симуляція іонізованої бульбашки навколо надмасивної зорі популяції III.1, прародички надмасивної чорної діри, яка формується в ранньому Всесвіті. Високоенергетичні фотони від зорі іонізують навколишній водневий газ далеко в незаймане міжгалактичне середовище, зрештою поглинаючи область розміром у мільйони світлових років. Теорія Pop III.1 припускає, що всі надмасивні чорні діри утворилися таким чином, що призвело до спалаху іонізації всього простору і завершення так званих “темних віків” Всесвіту. Автор: М. Санаті (Університет Чалмерса та Оксфордський університет), Д. Тан (Університет Вірджинії та Університет Чалмерса)

Річард Елліс, провідний спостережний космолог з Університетського коледжу Лондона, відзначив “елегантність моделі, яка описує двоетапний процес народження зір і ранньої іонізації”. Він припустив, що перші зірки могли утворитися в короткому, але потужному спалаху та зникнути, тож телескоп Вебба фіксує вже «другу хвилю» зоряного формування.

Тан підкреслює, що цей зв’язок між першими зірками та раннім іонізаційним спалахом не планувався під час початкової розробки моделі, але може мати ключове значення для розуміння еволюції Всесвіту.