До сих пор считалось, что сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной росли за счет бесконтрольного поглощения вещества. Однако, смоделировав условия, царившие в космосе вскоре после Большого взрыва, астрофизики выяснили, что этот процесс проходил в два разных этапа.
Самые первые звезды и галактики сформировались примерно через 400-800 миллионов лет после рождения Вселенной. Тогда же — в эпоху реионизации — возникли сверхмассивные черные дыры (СМЧД). Масса этих объектов, вопреки прогнозам, превышала миллионы и даже миллиарды солнечных, однако точные причины, по которым эти космические «монстры» так быстро выросли (всего за несколько сотен миллионов лет), по-прежнему неизвестны.
Теперь, задав начальное состояние некоторого количества частиц и и законы их поведения с помощью космологической симуляции, международная исследовательская группа под руководством Цзыйонг Ву (Ziyong Wu) из Чжэцзянского университета (Китай) впервые проследила за рождением СМЧД в ранней Вселенной. Результаты научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, показали, что эти объекты не «пожирали» окружающее вещество, как предсказывали модели, а росли постепенно.
В частности, когда масса объекта составляла около тысячи солнечных, начинался короткий но крайне интенсивный период поглощения вещества, примерно в три раза превышающий предел Эддингтона, то есть максимально устойчивую скорость «питания» черной дыры. Оказалось, что всего за несколько десятков миллионов лет масса космического «монстра» могла возрасти до 10⁴–10⁵ масс Солнца, вне зависимости от интенсивности вспышек сверхновых и прочих механизмов обратной связи.
Но поскольку мощное излучение и выброс энергии нагревали окружающий газ, «выдувая» его из центра галактики, к тому моменту, когда масса черной дыры достигала примерно 100 000 солнечных масс, поступление вещества замедлялось и рост останавливался. Такая черная дыра через несколько сотен миллионов лет «догоняла» и даже превосходила собратьев, изначально растущих за счет сверхэддингтоновской аккреции. Таким образом, медленный но стабильный рост оказался эффективнее быстрого «старта».
Результаты могут изменить представления о происхождении черных дыр в эпоху реионизации: новая модель показала, что стремительный рост ЧД на ранних этапах не определяет их конечные размеры. Значит, наблюдаемые с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» сверхмассивные черные дыры могли сформироваться за счет устойчивого эддингтоновского «питания», продолжающегося сотни миллионов лет.