Спустя менее миллиарда лет после Большого взрыва сверхмассивные черные дыры разрушали звезды значительно чаще, чем сегодня. Новая компьютерная модель показала, что 12-13 миллиардов лет назад частота таких катастрофических событий была в десятки-сотни раз выше современной, а следы «поедания» светил можно искать в ярких вспышках и гравитационных волнах.
Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) с массами от сотен тысяч до десятков миллионов масс Солнца уже существовали, когда возраст Вселенной составлял примерно 5-10 процентов от нынешнего. То есть свет от самых первых галактик шел до Земли более 12-13 миллиардов лет. Правда, быстрый рост этих древних структур по-прежнему остается загадкой, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Кроме того, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы выявили множество компактных ярких источников — так называемых маленьких красных точек. Эти объекты, судя по всему, связаны с активными ядрами галактик и сверхмассивными черными дырами.
Вот только ученые до сих пор не понимают, что именно представляют собой эти точки, и выдвигают самые разные гипотезы. Более того, в ту же эпоху фиксируют экстремально яркие вспышки, которые могут быть результатом приливного разрушения звезд, когда светило разрывает гравитацией СМЧД.
Чтобы сопоставить данные наблюдений и понять, что же такое маленькие красные точки, авторы нового исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета, смоделировали динамику светил в плотном скоплении вокруг черной дыры. Подход позволил рассчитать, как объекты постепенно приближаются к космическому «монстру» и разрушаются под действием его гравитации.
Исследовательская группа под руководством Константиноса Критоса (Konstantin Kritos) из Университета Джонса Хопкинса (США) также учла гравитационные взаимодействия, эволюцию светил и концентрацию более массивных звездных остатков ближе к центру СМЧД. Результаты показали, что в первые 100 миллионов лет темп питания мог достигать порядка 10⁻² массы Солнца в год, преимущественно за счет массивных звезд. Позже этот вклад мог сместиться к менее массивным светилам и компактным остаткам.
По расчетам, около 12-13 миллиардов лет назад частота звездных разрушений достигала приблизительно пяти тысяч событий на кубический гигапарсек в год, что много выше локальных оценок. При этом самые яркие вспышки, вероятно, возникали при разрушении звезд массой от 30 до 150 солнечных. Такие разрушения массивных светил могут объяснять наблюдаемые экстремальные ядерные транзиенты (Extreme Nuclear Transients) — вспышки, которые не соответствуют ни одному ранее известному событию.
Поскольку захваты таких компактных объектов, как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры звездных масс, должны порождать гравитационно-волновые события, часть из них можно зарегистрировать с помощью будущей космической обсерватории LISA. Это означает, что процессы звездного питания будут доступны для изучения не только по свету, но и по «ряби» пространства-времени.
Хотя основной вклад в рост сверхмассивных черных дыр по-прежнему приходится на аккрецию газа, разрушение светил оказывается неизбежным и заметным побочным процессом бурной эволюции молодых галактических ядер — своеобразной космической «кухней», на которой формировались самые первые гиганты во Вселенной.
Впрочем, не все исследователи согласны с описанной в работе трактовкой. Астрофизик Сергей Попов отметил, что часть маленьких красных точек может оказаться вовсе не активными ядрами, а чрезвычайно плотными формирующимися системами — прообразами шаровых скоплений. Поскольку обе гипотезы дают проверяемые предсказания, будем надеяться, что ближайшие наблюдения покажут, какая из них верна.