Первобытные чёрные дыры, сформировавшиеся в первые моменты после Большого взрыва, возможно, имели потенциал для быстрого роста и превращения в сверхмассивные чёрные дыры, согласно новым данным космологических симуляций. Это открытие может помочь решить один из самых загадочных вопросов современной космологии: как сверхмассивные чёрные дыры смогли вырасти до таких огромных размеров за столь короткое время, особенно до того, как Вселенной исполнилось 1 миллиард лет?
Сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной
Благодаря возможностям космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) от NASA, астрономы смогли заглянуть в далёкое прошлое Вселенной и обнаружить сверхмассивные чёрные дыры, существовавшие всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва — а возможно, и раньше.
Присутствие этих крупных чёрных дыр вскоре после Большого взрыва представляет серьёзную проблему для современных космологических моделей. По словам Джона Ригана, научного сотрудника Университета Мейнуф в Ирландии, «это означает, что сверхмассивные чёрные дыры появились в ранней Вселенной, в течение первых нескольких сотен миллионов лет».
Традиционные теории формирования чёрных дыр предполагают, что они растут в течение миллиардов лет, аккумулируя окружающую материю или сливаясь с другими чёрными дырами. Реган пояснил: «У нас нет доказательств того, что чёрные дыры могут формироваться с такими огромными массами, и мы не до конца понимаем, как маленькие чёрные дыры могут расти так быстро».
Теория о первобытных чёрных дырах
Первобытные чёрные дыры, в отличие от более известных астрофизических чёрных дыр, как полагают, образовались непосредственно из плотных сгустков материи вскоре после Большого взрыва. Эти гипотетические чёрные дыры не зависят от смерти звёзд, как в случае с чёрными дырами звёздной массы, и не образуются в результате слияний меньших чёрных дыр. Вместо этого считается, что они возникли в условиях, существовавших в первые несколько секунд существования Вселенной.
Хотя в настоящее время нет прямых наблюдательных доказательств существования первобытных чёрных дыр, их потенциальное существование было предложено для объяснения тёмной материи — таинственного вещества, которое составляет 85% материи Вселенной, но остаётся невидимым для телескопов.
Первобытные чёрные дыры теоретически могут иметь размер от невероятно маленьких объектов, весом всего в несколько граммов, до объектов, масса которых в 100 000 раз превышает массу Солнца.
Могут ли первобытные чёрные дыры быть ключом к сверхмассивному росту?
В своих симуляциях Реган и его команда предположили, что первобытные чёрные дыры могут иметь преимущество перед астрофизическими чёрными дырами, когда дело доходит до быстрого превращения в сверхмассивные чёрные дыры.
Реган объяснил: «Первобытные чёрные дыры должны были сформироваться в течение первых нескольких секунд после Большого взрыва. Если они существуют, у них есть некоторые преимущества перед астрофизическими чёрными дырами… они могут, в принципе, быть более массивными с самого начала по сравнению с астрофизическими чёрными дырами и могут легче оседать в центрах галактик, где они могут быстро расти».
В отличие от чёрных дыр звёздной массы, которым нужно дождаться смерти первого поколения массивных звёзд, первобытные чёрные дыры не сталкиваются с такой задержкой. Более того, их формирование не будет затруднено энергией, излучаемой близлежащими звёздами, которая часто очищает область от материала, который мог бы использоваться для аккреции.
Это скрывается в Большом взрыве?
Хотя результаты симуляций интригуют, они пока не являются окончательными. Следующий шаг для исследовательской группы — усовершенствовать свои симуляции, включив в них как первобытные, так и астрофизические чёрные дыры в одной среде, чтобы увидеть, появятся ли какие-либо отличительные характеристики. Наблюдательные данные также могут сыграть решающую роль в подтверждении существования первобытных чёрных дыр.
Одним из возможных ключей может стать обнаружение чёрной дыры с низкой массой в современной Вселенной, что укажет на то, что она не могла образоваться в результате коллапса массивной звезды, а, возможно, выросла из первобытной чёрной дыры.
Команда также ищет доказательства существования первобытных чёрных дыр в ранней Вселенной, до 500 миллионов лет после Большого взрыва. Реган отметил: «Независимо от того, составляют ли первобытные чёрные дыры всю массу ранних сверхмассивных чёрных дыр, зависит от их количества. В принципе, это возможно, но я полагаю, что астрофизические чёрные дыры также играют свою роль».