Гигантская черная дыра может быть остатком зарождения Вселенной

Необычно массивная черная дыра в очень ранней Вселенной может быть своего рода экзотический, беззвездный Черная дыра впервые была выдвинута в теории Стивен Хокинг.

В августе Боюань Лю из Кембриджского университета и его коллеги обнаружили странную галактику, возникшую 13 миллиардов лет назад, под названием Abell 2744-QSO1, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). В галактике, казалось, находилась огромная черная дыра, примерно в 50 миллионов раз превышающая массу Солнца, но она была почти полностью лишена звезд.

«Это загадка, потому что традиционная теория гласит, что сначала формируются звезды или вместе с черными дырами», — говорит Лю. Обычно считается, что черные дыры образуются из очень массивных звезд, когда у них заканчивается топливо и они коллапсируют.

Лю и его команда провели базовое моделирование, которое показало, что QSO1 вместо этого могло начаться как первичная черная дыраэкзотический объект, впервые предложенный физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром в 1974 году. Эти объекты образовались не из звезды, а из колебаний плотности Вселенной вскоре после Большого взрыва.

Первичные черные дыры должны были в значительной степени испариться и исчезнуть к тому времени, когда мы сможем вернуться к жизни с помощью JWST, но есть шанс, что некоторые из них выжили и превратились в гораздо более крупные черные дыры, такие как QSO1.

Хотя расчеты Лю и его команды примерно соответствовали их наблюдениям, они были простыми и не учитывали сложное взаимодействие между первичными черными дырами, облаками газа и звездами.

Теперь Лю и его команда провели более детальное моделирование того, как первичные черные дыры могли бы расти в первые сотни миллионов лет существования Вселенной. Они рассчитали, как газ вращался бы вокруг маленькой первоначальной черной дыры, а также как с ней взаимодействовали бы вновь образовавшиеся звезды и умирающие звезды.

Их прогнозы относительно окончательной массы черной дыры и более тяжелых элементов в ней совпадают с тем, что они наблюдали для QSO1.

«Это не имеет решающего значения, но это интересная и в некотором роде важная возможность», — говорит Лю. «С этими новыми наблюдениями, которые нормальны [black hole formation] теории изо всех сил пытаются воспроизвести, возможность наличия массивных первичных черных дыр в ранней Вселенной становится более допустимой».

Моделирование показывает, что первичные черные дыры на самом деле могут быть жизнеспособным источником QSO1, говорит он. Роберто Майолино из Кембриджского университета, который был частью команды, первоначально открывшей черную дыру. «Тот факт, что им удается соответствовать свойствам QSO1 как с точки зрения массы черной дыры, массы звезды, так и химического обогащения, очень интересен и обнадеживает».

Однако самые большие сверхмассивные черные дыры в стандартных моделях первичных черных дыр обычно имеют массу около 1 миллиона солнечных масс, говорит Майолино. «Здесь мы в 50 раз массивнее», — говорит он. «Однако это правда, что эти первичные черные дыры, как ожидается, будут сильно сгруппированы, и поэтому вполне возможно, что им удалось слиться и быстро стать гораздо более массивными».

Другая проблема заключается в том, что первичным черным дырам для первоначального коллапса и формирования необходим взрыв высокоэнергетического излучения, как, например, в случае взрыва близлежащей звезды, но мы не видим никаких потенциальных источников где-либо рядом с QSO1, говорит Майолино.

Тайны вселенной: Чешир, Англия

Проведите выходные с одними из самых ярких умов науки, исследуя тайны Вселенной в захватывающей программе, которая включает экскурсию, чтобы увидеть знаменитый телескоп Ловелла.