Вчені розкрили загадку утворення надмасивних чорних дір: дослідження

Надмасивні чорні діри (НМЧД) – це чорні діри з масою, яка становить декілька мільйонів або мільярдів мас Сонця. Астрофізичні спостереження показують, що такі об'єкти існували вже тоді, коли Всесвіту було всього 820 мільйонів років. Команда науковців змогла пов'язати швидке утворення НМЧД з колапсом гало темної матерії. 

Цікаво 1500 ґаджетів за перші три дні: Huawei Band 6 встановив рекорд в Україні

Релятивістський джет виривається з центра галактики М87, де розташована надмасивна чорна діра / Фото Wikipedia

Деталі дослідження

Команда вчених з Університету Каліфорнії у Ріверсайді прийшла до висновку, що НМЧД у центрі галактик утворюються в наслідок колапсу гало з темної матерії.

Такі "хмари" з невидимої матерії оточують галактики та скупчення галактик. Завдяки їй утворюються такі великомасштабні структури Всесвіту, як космічні нитки.Темна матерія, згідно з оцінками вчених, складає близько 85% матерії Всесвіту. 

Фізики дивуються, чому НМЧД у ранньому Всесвіті, які розташовані в центральних областях гало темної матерії, ростуть так сильно за короткий час. У фізиків є загальні очікування щодо маси зародкової чорної діри та швидкості її зростання,
– ділиться думками один з авторів дослідження Хай-Бо Ю, доцент фізики та астрономії Університету Каліфорнії у Ріверсайді.

Вчений додає, що існування надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті говорить про те, що зародкові чорні діри були або масивнішими, або росли швидше. Або одне та інше одночасно. Тоді виникає питання, які фізичні механізми діють у таких процесах.

Більше про темну матерію Великомасштабні структури Всесвіту обертаються: дослідження

Надмасивна чорна діра в центрі галактики М87: дивитись відео онлайн

Пояснення складного процесу утворення надмасивних чорних дір

У астрофізиці популярним механізмом, який використовується для пояснення утворення НМЧД, є колапс чистого газу в протогалактик у ранньому Всесвіті. Та завдяки такому механізму все одно не можна утворити надмасивну чорну діру.

Тому фізики запропонували альтернативний варіант: ореол темної матерії відчуває гравітермічну нестабільність, і його центральна область колапсує в зародкову чорну діру.

Частинки темної матерії спочатку групуються разом під дією сили тяжіння й утворюють ореол темної матерії. Під час еволюції ореолу діють дві сили, які конкурують – гравітація і тиск. У той час як гравітація притягує частинки темної матерії всередину, тиск виштовхує їх назовні. Якщо частинки темної матерії не взаємодіють одна з одною, то в міру того, як гравітація тягне їх до центрального гало, вони стають більш гарячими, тобто рухаються швидше, тиск ефективно збільшується, і вони відскакують.

Більше про темну матерію Нейромережа допомогла скласти мапу темної матерії довкола Чумацького шляху

У випадку взаємодії між собою частинки темної матерії можуть переносити тепло від цих "гарячих" частинок до найближчих, які холодніші. Це ускладнює відбиття частинок темної матерії.

В процесі колапсу центральний ореол, що має фіксовану масу, стискається по радіусу і сповільнюється в обертанні через в'язкість. У міру продовження еволюції центральне гало в кінцевому підсумку колапсує до особливого стану – зародкової чорної діри. Ця чорна діра може стати потужнішою завдяки акреції навколишньої баріонної матерії, такої як газ та зорі.

Перевага нашого сценарію в тому, що маса зародкової чорної діри може бути високою, оскільки вона створюється в результаті колапсу гало темної матері. Тому вона може вирости у НМЧД за відносно короткий проміжок часу,
– пояснює Хай-Бо Ю.