Как сверхмассивные черные дыры так быстро стали такими большими сразу после Большого взрыва?

«Это все равно, что увидеть семью, идущую по улице, и у них есть два подростка ростом шесть футов, но с ними также есть малыш ростом шесть футов».

Теперь учёные понимают, что сверхмассивные чёрные дыры скрываются в сердце большинства, если не всех галактик. Эти космические титаны имеют массу в миллионы и даже миллиарды раз больше массы Солнца, однако огромные размеры не представляют собой проблемы, когда сверхмассивные черные дыры наблюдаются в локальной вселенной и, следовательно, являются более поздними в космической истории.

Однако сверхмассивные черные дыры становятся проблемой, когда их наблюдают в ранней Вселенной, и они уже имеют массы, эквивалентные миллиардам солнц. Это потому, что должен быть какой-то механизм, который позволяет сверхмассивным черным дырам быстро набирать массу и достигать таких гигантских размеров, однако все существующие механизмы этого роста предполагают, что этот процесс протекает слишком медленно, чтобы подобные объекты могли существовать сразу после Большого взрыва.

«За последние два десятилетия астрономы обнаружили сверхмассивные черные дыры с теми же массами, что и в локальной и, следовательно, более поздней Вселенной — миллиарды солнечных масс — почти 13 миллиардов лет назад, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва», — сказал Ройал. Об этом сообщил Space.com научный сотрудник Университета Общества в Университете Мейнута Джон Рейган.

Риган описывает проблему с помощью несколько тревожной аналогии. «Это похоже на то, как семья идет по улице, и у них есть два подростка ростом шесть футов, но с ними также есть малыш ростом шесть футов. Это небольшая проблема, как малыш стал таким высоким? то же самое и со сверхмассивными черными дырами во Вселенной. Как они так быстро стали такими массивными?»

Связанный:Что такое горизонт событий черной дыры (и что там происходит)?

Эта проблема еще больше усложнилась в этом году, когда космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил самую далекую и самую раннюю сверхмассивную черную дыру. Расположенная в центре галактики CEERS 1019, эта черная дыра имеет массу в 9 миллионов раз больше солнечной, что делает ее относительно миниатюрной по сравнению со сверхмассивной черной дырой.

Тем не менее, даже при таком размере, существование ее всего через 570 миллионов лет после Большого взрыва бросает вызов теориям роста черной дыры. И эта черная дыра массой 9 миллионов солнечных была не одна. Та же самая наблюдательная кампания, которая выявила эту сверхмассивную черную дыру, Исследование ранней космической эволюции (CEERS), также обнаружила две другие сверхмассивные черные дыры, которые существовали как через 1 миллиард лет, так и через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва.

«С каждым новым открытием ограничения для наших существующих идей становятся все сильнее», — сказал Space.com профессор Канадского университета Западного Онтарио Шантану Басу. «Мы были обеспокоены, когда через 800 миллионов лет после Большого взрыва были замечены сверхмассивные черные дыры. CEERS просто значительно усложняет задачу».

Это говорит о том, что сверхмассивные черные дыры являются обычным явлением в относительном зачаточном состоянии Вселенной, а не какой-то космической редкостью, что усиливает необходимость поиска механизма, объясняющего, как они туда попали.

Не считая первичных черных дыр, предположительно оставшихся после Большого взрыва, можно выделить три основные категории черных дыр: черные дыры звездной массы, масса которых от 5 до 100 раз превышает солнечную, и черные дыры промежуточной массы с массами от 100 до 10 000 раз. Солнце и сверхмассивные черные дыры с массами, упомянутыми выше.

Черные дыры звездной массы образуются, когда у самых массивных звезд, массой от 30 до 130 солнечных, заканчивается топливо для ядерного синтеза, и они больше не могут поддерживать себя, преодолевая собственную гравитацию. Когда внешние слои этих звезд сдуваются во время огромных взрывов сверхновых, ядра коллапсируют, образуя черные дыры звездной массы — области пространства с точкой бесконечной плотности, называемой сингулярностью в ее центре, и внешней границей, называемой горизонтом событий, где Сила гравитации настолько велика, что даже свет не может ее избежать.

Сверхмассивные черные дыры должны формироваться иначе, чем черные дыры звездной массы, поскольку звезда не может быть достаточно большой, чтобы иметь начальную стартовую массу, чтобы терять массу по мере своего развития в результате таких событий, как сверхновая, которая сопровождает гравитационный коллапс звезды. звезда, но все же оставляет после себя ядро, достаточно массивное, чтобы стать сверхмассивной черной дырой.