Если вас завораживают черные дыры, вы не одиноки. Но как им удается вырастать до таких размеров?
В 2017 году астрономы начали находить огромные черные дыры в самой древней части Вселенной. Эти черные дыры, масса которых примерно в миллиард раз превышает массу нашего Солнца, были окружены аккреционными дисками, сияющими так сильно, что их можно увидеть на огромных отрезках пространства и времени.
Как появились сверхмассивные черные дыры
Эти гравитационные гиганты существовали, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет. В тот момент космической истории Вселенная была еще ребенком. Гравитация только начинала обуздывать облака газа и темной материи, формируя структуры, которые позже эволюционировали в зрелые спиральные и эллиптические галактики. Звезды начали появляться, но их было гораздо меньше, чем сегодня.
Согласно традиционной картине образования и роста черных дыр, Вселенная в то время просто не существовала достаточно долго, чтобы масса черных дыр достигла миллиарда солнечных. Итак, исходя из нашего общего понимания того, как образуются и растут черные дыры, такие массивные объекты не должны были существовать. И все же они существуют — и создают проблему для астрофизиков.
Согласно преобладающей космологической модели, известной как ΛCDM (лямбда-CDM), Вселенная возникла 13,8 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Ранняя Вселенная изначально представляла собой "котел" из субатомных частиц и темной материи, с почти равномерно распределенным материалом и, следовательно, неспособным объединяться.
Важно отметить, что в первые несколько минут существования Вселенной высокие температуры и давление позволили субатомным частицам объединиться в ядра водорода и гелия, с едва заметными следами более тяжелых элементов. Когда Вселенная остыла еще больше, 380 000 лет спустя, электроны объединились с ядрами водорода и гелия, образовав нейтральные атомы и выпуская реликтовое излучение или излучение космического микроволнового фона (CMB).
На заре Вселенной
Измерения реликтового излучения с высоким разрешением показывают, что Вселенная в это время была чрезвычайно, но не идеально однородной. Тонкие нарушения плотности материи в конечном итоге позволили гравитации сделать свое дело. Примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва области с несколько большей концентрацией темной материи и газа начали разрушаться, образуя первые звезды и протогалактики.
Согласно расчетам, эти области разделились на несколько скоплений, которые образовали звезды с массой до 500 Солнц. Они жили быстро и умерли молодыми, излучая энергию, в миллионы раз превышающую энергию нашего Солнца, но просуществовав всего несколько миллионов лет. Они погибли в результате колоссальных взрывов сверхновых, а их ядра превратились в черные дыры с массой от 100 до 200 солнечных масс.
Затем эти черные дыры начали поглощать близлежащий материал, в том числе соседние звезды. Вероятно, они даже сливались друг с другом, образовав черные дыры массой много сотен или, возможно, даже тысяч солнечных масс. Но даже это не объясняет, как всего за 500 миллионов лет эти объекты смогли вырасти до миллиарда солнечных масс. Ответ на этот вопрос ученым еще предстоит найти.
