Ученые раскрыли загадку образования сверхмассивных черных дыр: исследование

Сверхмассивные черные дыры (СМЧД) – это черные дыры с массой, которая составляет несколько миллионов или миллиардов масс Солнца. Астрофизические наблюдения показывают, что такие объекты существовали уже тогда, когда Вселенной было всего 820 миллионов лет. Команда ученых смогла связать быстрое образование СМЧД с коллапсом гало темной материи.

Интересно 1500 гаджетов за первые три дня: Huawei Band 6 установил рекорд в Украине

Релятивистский джет вырывается из центра галактики М87, где расположена сверхмассивная черная дыра / Фото Wikipedia

Детали исследования

Команда ученых из Университета Калифорнии в Риверсайде пришла к выводу, что СМЧД в центре галактик образуются в результате коллапса гало из темной материи.

Такие "облака" из невидимой материи окружают галактики и скопления галактик. Благодаря им образуются такие крупномасштабные структуры Вселенной, как космические нити. Темная материя, согласно оценкам ученых, составляет около 85% материи Вселенной.

Физики удивляются, почему СМЧД в ранней Вселенной, которые расположены в центральных областях гало темной материи, растут так сильно за короткое время. У физиков есть общие ожидания относительно массы зародышевой черной дыры и скорости ее роста,
– делится мыслями один из авторов исследования Хай-Бо Ю, доцент физики и астрономии Университета Калифорнии в Риверсайде.

Ученый добавляет, что существование сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной говорит о том, что зародышевые черные дыры были либо массивнее, либо росли быстрее. Либо и то, и другое одновременно. Тогда возникает вопрос, какие физические механизмы действуют в таких процессах.

Больше о темной материи Крупномасштабные структуры Вселенной вращаются: исследование

Сверхмассивная черная дыра в центре галактики М87: смотреть видео онлайн

Объяснение сложного процесса образования сверхмассивных черных дыр

В астрофизике популярным механизмом, который используется для объяснения образования СМЧД, является коллапс чистого газа в протогалактике в ранней Вселенной. Но благодаря такому механизму все равно нельзя образовать сверхмассивную черную дыру.

Поэтому физики предложили альтернативный вариант: ореол темной материи чувствует гравитермическую нестабильность, и его центральная область коллапсирует в зародышевую черную дыру.

Частицы темной материи сначала группируются вместе под действием силы тяжести и образуют ореол темной материи. Во время эволюции ореола действуют две силы, которые конкурируют – гравитация и давление. В то время, как гравитация притягивает частицы темной материи внутрь, давление выталкивает их наружу. Если частицы темной материи не взаимодействуют друг с другом, то по мере того, как гравитация тянет их к центральному гало, они становятся более горячими, то есть движутся быстрее, давление эффективно увеличивается, и они отскакивают.

Больше о темной материи Нейросеть помогла составить карту темной материи вокруг Млечного пути

В случае взаимодействия между собой частицы темной материи могут переносить тепло от этих "горячих" частиц к ближайшим, которые холоднее. Это затрудняет отражение частиц темной материи.

В процессе коллапса центральный ореол, который имеет фиксированную массу, сжимается по радиусу и замедляется во вращении из-за вязкости. По мере продолжения эволюции центральное гало в конечном итоге коллапсирует до особого состояния – зародышевой черной дыры. Эта черная дыра может стать более мощной благодаря аккреции окружающей барионной материи, такой как газ и звезды.

Преимущество нашего сценария в том, что масса зародышевой черной дыры может быть высокой, поскольку она создается в результате коллапса гало темной матери. Поэтому она может вырасти в СМЧД за относительно короткий промежуток времени,
– объясняет Хай-Бо Ю.