Как возникли первые черные дыры Вселенной

Первые гигантские черные дыры росли сверхбыстрыми темпами благодаря "помощи" соседних с ними галактик, чье излучение не давало звездам сформироваться внутри "зародышей" будущих гигантов Вселенной. 

"Коллапс галактики и формирование черной дыры с массой в миллион Солнц происходит в таком случае всего за 100 тысяч лет, мгновение по космическим меркам. Через несколько миллионов лет она вырастает до массы в миллиард Солнц, что заметно быстрее, чем мы ожидали увидеть", — заявил Золтан Хайман (Zoltan Haiman) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).

Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные черные дыры, чья масса может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально ученые  считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их "нормальные" кузены – в результате гравитационного коллапса звезд и последующего слияния нескольких крупных черных дыр. 

Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом – оказалось, что в  них обитают черные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты, как показывают расчеты, просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы они родились маленькими. Поэтому некоторые ученые начали считать, что сверхмассивные черные дыры рождаются по более экзотическим сценариям – в результате коллапса гигантских облаков из "чистого" атомарного водорода или благодаря  наличию в них сгустков темной материи.

Хайман и его коллеги предложили еще один необычный сценарий рождения крупнейших черных дыр Вселенной, ключевую роль в котором играют не их "зародыши", а их космические соседи – другие крупные галактики.

Главным препятствием для роста черных дыр, по словам Хаймана, являются звезды, вернее процесс их образования. Когда черные дыры начинают расти, внутри их "зародыша" возникают сгустки материи, туманности, где рождаются десятки и сотни звезд. Звезды гораздо сильнее сопротивляются притяжению черной дыры, благодаря чему ее рост останавливается фактически сам по себе.

Процесс формирования звезд можно остановить, если в тот момент, когда "зародыш" черной дыры сжимается, молекулы водорода в нем будут расщеплены на отдельные атомы или ионы. Подобное, как предположили Хайман и его коллеги, может осуществить достаточно крупная галактика со значительным числом молодых звезд, вырабатывающих большое количество рентгена и ультрафиолета.

Ученые проверили эту идею, создав компьютерную модель ранней Вселенной, населенной первыми галактиками и зародышами черных дыр. Как показали их расчеты, крупные галактики действительно могут ускорять рост черных дыр в своих "соседках", если они расположены на определенном расстоянии от них и имеют правильную массу и яркость. Тогда газ в соседних галактиках распадается на атомы, но нагревается не так сильно, чтобы галактика просто распалась на части, не образовав черной дыры.

Все эти расчеты, как подчеркивают ученые, не исключают альтернативных сценариев формирования крупнейших черных дыр Вселенной. Как надеются Хайман и его коллеги, запуск телескопа "Джеймс Уэбб", крупнейшего орбитального телескопа мира, поможет увидеть эти ранние галактики и понять, действительно ли они помогали черным дырам расти или их формирование шло по какому-то иному пути.