В последнее время множество групп учёных теоретизируют о первозданных чёрных дырах (PBH — Primordial Black Holes). Отчасти это связано с их потенциальной ролью как источника тёмной материи. Однако если они существовали, то могли играть и другие роли в ранней Вселенной.
Согласно недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv Джереми Молдом и Адамом Баттеном из Университета Суинберна, одной из таких ролей могло быть формирование основы для образования как квазаров, так и радиогалактик.
PBH возникли в самом начале Вселенной, в первые несколько тысяч лет. Они могли быть созданы не из-за коллапса массивной звезды, как большинство современных чёрных дыр, а из-за незначительных несоответствий в радиационной среде, которая составляла всю Вселенную в то время. В космическом микроволновом фоне мы видим эти несоответствия как небольшие флуктуации сигнала, всё ещё достигающего Земли, хотя пока никто не связал их с образованием PBH.
Но если PBH действительно существовали в то время, их гравитационное притяжение могло действовать как «семя» для аккумулирования большего количества газа и пыли, что в конечном итоге позволило бы им вырасти в сверхмассивные чёрные дыры, находящиеся в центре самых ярких известных объектов во Вселенной — квазаров.
Важно отметить, что математика, лежащая в основе функции светимости квазаров (QLF), которая определяется наблюдениями самих квазаров, хорошо согласуется с предсказаниями теории, показывающей, как PBH действуют как основа, эволюционирующая в квазар. Она также соответствует математической формуле, называемой функцией Шехтера, что придаёт теории больше убедительности.
Крошечные галактики могли быть топливом, которое зажигает квазары, когда они поглощают их, хотя они были бы невидимы для нас на таком расстоянии. По мере того как сверхмассивная чёрная дыра в центре квазара поглощает все близлежащие галактики, она постепенно начинает терять свою светимость, отслеживая кривую QLF, которая показывает, что она, вероятно, будет менее яркой, чем старше (то есть чем выше красное смещение).
Ещё одним интересным следствием теории, выдвинутой в статье, является связь между квазарами и радиогалактиками — типом галактик, излучающих сильные всплески в радиодиапазоне. Если теория о том, что квазары «засеяны» примитивными чёрными дырами, верна, то они могут в конечном итоге привести к образованию радиогалактики, когда они успокоятся и поглотят всю материю, находящуюся рядом с ними.
Чтобы доказать свою точку зрения, авторы отмечают, что существуют сходства между функциями светимости квазаров и радиогалактик, только с общей амплитудой радиогалактик, уменьшенной в масштабе. Поскольку они уменьшены в масштабе, они также существуют дольше: ожидаемая продолжительность жизни радиогалактики примерно в 10 раз больше, чем у квазара, согласно статье.
Пока эта теория хорошо согласуется с большей частью наблюдательных данных, которые мы собрали о квазарах и радиогалактиках. Она также делает некоторые прогнозы, которые можно проверить на ложность. Во-первых, предполагается, что квазары могут быть использованы в качестве стандартных свечей для измерения космологических расстояний, как это в настоящее время делают сверхновые типа Ia из-за их стандартизированной яркости. Происхождение квазаров из PBH могло бы стать основой для понимания их яркости, что в конечном итоге позволило бы использовать их в качестве стандартной свечи.
Возможно, более проверяемым является то, что космический телескоп Джеймса Уэбба сможет получить информацию о квазарах даже дальше в прошлое, чем это было возможно раньше. Если новые данные будут соответствовать прогнозам, сделанным теорией, то, согласно идеализированной версии научного метода, она получит поддержку среди других учёных.
Может пройти некоторое время, прежде чем Уэбб опубликует данные, которые могли бы доказать или опровергнуть теорию, но это всегда приятно иметь в космологии с чётко доказуемыми предсказаниями. Если это приведёт к тому, что космологи получат ещё один способ измерения расстояния и лучшее понимание формирования галактик в ранней Вселенной, это будет лишь дополнительным бонусом.