Как возникает сверхмассивная черная дыра


Сверхмассивные черные дыры или СМЧД — это черные дыры с массой, в несколько миллионов или миллиардов раз превышающей массу нашего Солнца. В Млечном Пути находится СМЧД с массой в несколько миллионов раз больше массы Солнца. Удивительно, но астрофизические наблюдения показывают, что сверхмассивные чёрные дыры уже существовали, когда Вселенная была очень молодой. Например, черные дыры с массой в миллиард солнечной массы были обнаружены, когда Вселенная была всего 6% от ее нынешнего возраста, 13,7 миллиарда лет. Как возникают эти сверхмассивные чёрные дыры в ранней Вселенной?

Команда, возглавляемая физиком-теоретиком из Калифорнийского университета в Риверсайде, предложила объяснение: массивная черная дыра-семя, которая может образоваться в результате коллапса гало темной материи.

Ореол темной материи — это ореол невидимой материи, окружающий галактику или скопление галактик. Хотя темная материя никогда не была обнаружена в лабораториях, физики уверены, что эта загадочная материя, составляющая 85% материи Вселенной, существует. Если бы видимая материя галактики не была заключена в ореол темной материи, она разлетелась бы на части.

«Физики недоумевают, почему сверхмассивные ЧД в ранней Вселенной, расположенные в центральных областях ореолов темной материи, растут так сильно за короткое время», — сказал Хай-Бо Ю, доцент физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде. возглавил исследование, которое появляется в Письма в астрофизический журнал. «Это похоже на 5-летнего ребенка, который весит, скажем, 200 фунтов. Такой ребенок удивит всех нас, потому что мы знаем типичный вес новорожденного и скорость его роста. Что касается черных дыр, у физиков есть общие ожидания относительно массы зародышевой черной дыры и скорости ее роста. Присутствие сверхмассивных черных дыр предполагает, что эти общие ожидания были нарушены, что требует новых знаний. И это захватывающе ».


Семенная черная дыра — это черная дыра на начальной стадии, сродни младенческой стадии в жизни человека.

«Мы можем думать о двух причинах», — добавил Ю. «Семя — или« младенец »- черная дыра либо намного массивнее, либо растет намного быстрее, чем мы думали, либо и то, и другое. Тогда возникает вопрос: каковы физические механизмы для образования достаточно массивной черной дыры или достижение достаточно быстрого роста? «

«Черным дырам требуется время, чтобы стать массивными за счет аккреции окружающей материи», — сказал соавтор И-Мин Чжун, научный сотрудник Института космологической физики Кавли при Чикагском университете. «Наша статья показывает, что если темная материя имеет самовзаимодействие, то гравотермический коллапс гало может привести к достаточно массивной черной дыре-зародышу. Скорость ее роста будет больше соответствовать общим ожиданиям».

В астрофизике популярным механизмом, используемым для объяснения сверхмассивных черных дыр, является коллапс чистого газа в протогалактиках ранней Вселенной.

«Этот механизм, однако, не может создать достаточно массивную зародышевую черную дыру, чтобы вместить недавно обнаруженные сверхмассивные черные дыры — если только черная дыра не испытала чрезвычайно высокую скорость роста», — сказал Ю. «Наша работа предлагает альтернативное объяснение: самовзаимодействующий ореол темной материи испытывает гравотермическую нестабильность, и его центральная область коллапсирует в зародышевую черную дыру».