Сверхмассивные черные дыры — как и когда они появились?
Вот уже много лет астрофизиков мучает вопрос: как и когда появились сверхмассивные черные дыры и с чем связан их рост в период формирования Вселенной? Новые исследования, проведенные с использованием рентгеновской обсерватории NASA Chandra и Sloan Digital Sky Survey (SDSS) показывают, что ответ на этот вопрос заключается в прерывистой специфике гигантских черных дыр, которые, как оказалось, могли уже поглощать материал в первые миллиарды лет после Большого взрыва.
Астрономы определили, что Большой взрыв произошел около 13,8 миллиардов лет назад и, с помощью SDSS, обнаружили доказательства, что сверхмассивные черные дыры с массой примерно в миллиард раз больше, чем Солнце, существовали уже примерно 12,8 миллиарда лет назад. Это означает, что сверхмассивные черные дыры уже быстро росли в первые миллиарды лет после Большого взрыва. Однако отыскать признаки такого роста оказалось очень не просто.
«Супермассивные черные дыры не могли появиться спонтанно — им нужно поглощать огромное количество материала и это требует времени», — сообщил ведущий автор Эддидж Пецзулли, студент Итальянского PhD, член проекта «FIRST», финансируемого Европейским исследовательским советом. «Теперь, не имея доказательств данного роста, мы пытаемся выяснить каким же образом это произошло».
Считается, что когда материал падает к черной дыре, он нагревается и производит большое количество электромагнитного излучения, включая обильное рентгеновское излучение. Ученые предположили, что быстрорастущие черные дыры в период ранней Вселенной могут быть обнаружены обсерваторией Chandra. Тем не менее, обнаружение этих растущих сверхмассивных черных дыр оказалось совсем не простым делом — удалось найти всего лишь несколько подходящих кандидатов.
Чтобы решить эту проблему, Пеззулли и ее коллеги изучили различные теоретические модели и протестировали их сверяя с оптическими данными SDSS и рентгеновскими данными «Чандры». Результаты показали, что черная дыра, поглощающая в материал в этот период, может внезапно развиваться и расти в течение достаточно коротких периодов времени.
«В нашей модели только около трети черных дыр активно поглощали материал и росли 13 миллиардов лет назад», — сказала соавтор исследования Роза Валиант из Национального института астрофизики (INAF) в Италии и член команды FIRST. «Около 200 миллионов лет назад только 3% черных дыр активно поглощали материал».
Исследователи пришли к своим выводам сразу после тестирования нескольких гипотез, все из которых предполагали, что рост черной дыры может превышать так называемый предел Эддингтона, где внешнее давление излучения горячего газа уравновешивает внутреннее притяжение тяжести черной дыры.
В итоге, результаты говорят о том, что только небольшая часть галактик в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва содержала сверхмассивные черные дыры. Кроме того, несмотря на то, что эти ранние черные дыры были, по всей видимости, затенены толстыми облаками материала, авторы обнаружили, что большинство рентгеновских лучей смогли бы проникнуть сквозь в эти облака. Данное исследование основано на идее, что в период зарождения первые черные дыры весили всего около сотни солнц. Предполагается, что эти «семена» черных дыр могли быть остатками первого поколения массивных звезд, образованных всего лишь через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
