Nature Astronomy: черные дыры во Вселенной выросли за аномально короткое время

Астрофизики из Мейнутского университета предложили решение одной из главных загадок современной астрономии — как черные дыры смогли стать сверхмассивными всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Как показали компьютерные симуляции, в ранней Вселенной существовали крайне плотные и хаотичные условия, при которых даже небольшие "зародыши" черных дыр могли расти с аномально высокой скоростью. По словам руководителя работы, аспиранта Мейнутского университета Даксал Мехта, первые черные дыры, появившиеся спустя всего несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, переживали настоящую "пищевую вакханалию", поглощая окружающее вещество быстрее, чем это считалось возможным.

Ученые установили, что ключевую роль сыграли эпизоды так называемой сверхэддингтоновской аккреции — ситуации, когда черная дыра поглощает материю быстрее теоретического предела, при котором излучение должно "сдувать" поступающий газ. В ранних галактиках высокая плотность газа позволяла таким вспышкам роста происходить многократно, благодаря чему черные дыры увеличивали массу в десятки тысяч раз по сравнению с массой Солнца.

Ранее астрономы считали, что для объяснения существования сверхмассивных черных дыр, которые уже наблюдаются в молодой Вселенной, например с помощью телескопа Джеймса Уэбба, необходимы так называемые "тяжелые" зародыши — объекты массой до сотен тысяч солнечных. Однако новое исследование показывает, что и более "обычные" чёрные дыры звёздной массы могли вырасти до гигантских размеров при подходящих условиях.

"Теперь мы видим, что экзотические тяжелые зародыши могут быть не обязательны, — пояснил руководитель группы Джон Риган. — Даже сравнительно небольшие черные дыры способны к стремительному росту в ранней, турбулентной Вселенной".

Авторы отметили, что их выводы важны не только для понимания эволюции галактик, но и для будущих наблюдений гравитационных волн. В частности, миссия LISA, запуск которой запланирован на 2035 год, может зафиксировать слияния таких быстро растущих "младенческих" черных дыр.

По словам исследователей, ранняя Вселенная оказалась значительно более динамичной и богатой массивными объектами, чем предполагалось ранее, а новые симуляции помогают восполнить недостающее звено между первыми звездами и сверхмассивными черными дырами в центрах галактик.