Сверхмассивные черные дыры формировались из массивных звезд ранней Вселенной

Недавние наблюдения показали, что в центре каждой галактики лежит сверхмассивная черная дыра (СМЧД). Но откуда во Вселенной появились эти СМЧД? Это до сих пор продолжает оставаться загадкой в настоящее время. В новом исследовании международная исследовательская группа под руководством Такаши Дж. Морийи (Takashi J Moriya) из Национальной астрономической обсерватории Японии спрогнозировала экстремальную вспышку сверхновой со стороны сверхмассивной звезды, которая, возможно, является прародителем СМЧД. Расчеты, проведенные командой Морийи, показывают, что эту сверхновую можно будет наблюдать при помощи космического телескопа James Webb Space Telescope (JWST), запуск которого планируется к концу 2021 г.

Изучение формирования СМЧД является важной темой в современной астрофизике. Наиболее популярная современная теория предполагает, что зародыши будущих СМЧД формировались после гибели первых массивных звезд ранней Вселенной, а затем эти зародыши продолжили аккумулировать окружающий их газ, чтобы в конечном счете превратиться в СМЧД, которые мы наблюдаем сегодня. Однако этой теории бросает вызов тот факт, что массы большинства массивных звезд, обнаруженных в местной части Вселенной, составляют примерно от одной до двух сотен масс Солнца. Если звезда с такой массой взрывается как сверхновая, то оставшейся на ее месте черной дыре требуется поддерживать максимально возможную эффективность аккреции материала, чтобы вырасти до размеров СМЧД, наблюдаемых сегодня. Однако в реальных условиях очень сложно обеспечить постоянное поддержание максимальной скорости аккреции газа.

В своей работе команда Морийи предлагает рассмотреть возможность существования релятивистски нестабильной сверхновой, прародителем которой является первичная сверхмассивная звезда (10^4 – 10^5 масс Солнца). Согласно этой гипотезе, во Вселенной существовало небольшое число первичных звезд массами порядка десятков тысяч масс Солнца. Они могли послужить прародителями первых зародышей СМЧД в галактиках Вселенной. В случае такого большого зародыша у него появляется «запас» по скорости аккреции, которая теперь не должна постоянно поддерживаться на максимально возможном уровне.

Но как доказать возможность существования таких первичных звезд с учетом того, что большинство из них сколлапсировало в черные дыры? В своей работе Мория и его группа провели изучение процессов лучистого переноса вещества на оригинальной математической модели и пришли к выводу, что предстоящая миссия JWST имеет возможность наблюдать такую сверхновую. Осталось дождаться и проверить это предположение, отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.