Астрофизики из Лундской обсерватории (Швеция), Мэрилендского и Мичиганского университетов (оба — США) предложили механизм быстрого роста чёрных дыр в молодой Вселенной.Новая модель, возможно, решит проблему, с которой астрономы столкнулись в начале XXI века при наблюдении удалённых активных галактик: оказалось, что сверхмассивные (массой около 109 солнечных) чёрные дыры формируются на красном смещении z > 6. Если бы их развитие начиналось с «зародыша» звёздной массы и продолжалось путём аккреции газа, темп которой ограничивается стандартным пределом Эддингтона, набрать нужный вес за столь короткое время они бы просто не успели. Следовательно, либо аккреция на каком-то этапе роста становилась сверхэддингтоновской, либо «зародыши» сверхмассивных чёрных дыр имели бóльшую массу.
Последнее предположение и стало основой модели, в которой рассматривается эволюция скопления, свободного от газа и содержащего чёрные дыры звёздной массы и обычные звёзды главной последовательности. Чёрные дыры, что вполне естественно, группируются в центре скопления и активно взаимодействуют. Образованные дырами двойные системы, энергия связи которых уступает типичной кинетической энергии одиночной чёрной дыры, разрушаются в этих взаимодействиях, а двойные с обратными характеристиками будут, напротив, «укрепляться» при встрече с одиночками и разогревать скопление, предотвращая его коллапс.
Теоретиков, однако, интересовал совершенно другой исход моделирования: скопление должно было уменьшиться в размерах и (или) набрать массу, чтобы условия в его ядре способствовали объединению чёрных дыр и созданию массивного «зародыша». Такой вариант развития событий вполне вероятен, поскольку на больших z в центральные области скоплений могут поступать значительные объёмы газа. Доказательством этого служат расчёты формирования галактик, результаты которых приведены ниже; хорошо видно, что масса, заключённая в ядре галактики, быстро растёт на высоких красных смещениях.
Моделирование формирования массивной галактики. Сплошной и пунктирной линиями показана общая масса газа и звёзд, находящихся в радиусе 520 пк от центра галактики. (Иллюстрация из Astrophysical Journal Letters.)
Моделирование формирования массивной галактики. Сплошной и пунктирной линиями показана общая масса газа и звёзд, находящихся в радиусе 520 пк от центра галактики. (Иллюстрация из Astrophysical Journal Letters.)
После попадания газа двойные системы, ранее снабжавшие ядро скопления энергией, должны распадаться, а компоненты всех сохранившихся двойных — объединяться. В результате образуется популяция чёрных дыр с широким распределением по массе, а ядро скопления, лишённое источника энергии, сжимается, стимулируя образование новых двойных систем из чёрных дыр. Время жизни этих двойных будет совсем коротким, и вскоре последуют новые объединения, завершающиеся тем, что бóльшая часть общей начальной массы чёрных дыр перейдёт к одной из них.
По словам авторов, новый теоретический механизм позволяет сформировать чёрную дыру с массой в ~105 солнечных уже через 300-400 млн лет после Большого взрыва. К красному смещению z ~ 6 этот «зародыш» легко успеет набрать требуемую массу при нормальной эддингтоновской аккреции.
Полная версия отчёта опубликована в издании Astrophysical Journal Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.
По материалам: NewScientist.