Темная материя объяснила происхождение самых ранних сверхмассивных черных дыр
Одна из главных загадок астрономии — то, как могли существовать гигантские черные дыры массой до миллиарда солнечных менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Согласно стандартной теории формирования черных дыр, они растут постепенно, поглощая вещество и сливаясь друг с другом — и в таком случае в ранней Вселенной у них просто не было достаточно времени, чтобы вырасти настолько большими.
С началом работы космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) проблема лишь обострилась: он все чаще находит в далеком прошлом Вселенной слишком массивные черные дыры, которые трудно вписать в классические сценарии. Один из альтернативных вариантов появления таких структур — так называемый прямой коллапс: когда огромные облака газа сжимаются сразу в черную дыру без прохождения стадии звезды. Долгое время считалось, что для этого нужен редкое совпадение определенных условий, например специфическое облучение облака соседними звездами, поэтому такой процесс должен быть крайне редким — что опять же не соответствовало количеству обнаруженных сверхмассивных черных дыр.
Группа астрономов под руководством аспиранта Калифорнийского университета в Риверсайде Яша Аггарвала в своей новой работе предположила, что ключевую роль в происхождении этих космических гигантов может играть распад темной материи.
Согласно расчетам ученых, если частицы темной материи нестабильны и со временем распадаются, то превращение даже очень небольшого количества энергии в газ может резко повысить вероятность прямого коллапса. Энергия от распада одной частицы темной материи, как считают астрономы, очень невелика — около миллиардных триллионных долей энергии обычной батарейки типа AA. На человеческом уровне это неощутимый мизер, но в масштабах межгалактических облаков он становится более чем существенным.
Соавтор работы, физик Флип Танедо, подчеркивает, что первые галактики представляли собой в основном «шары» из чистого водорода, и химия газа в них была чрезвычайно чувствительна к малым энергетическим воздействиям на атомном уровне. Именно такое поведение и нужно от идеального «детектора» темной материи. В таком случае, индикатором распада темной материи могут быть сами сверхмассивные черные дыры.
Используя модель термохимической эволюции газа в присутствии распадающихся аксионов (одного из кандидатов на роль частиц темной материи), ученые показали, что при массе частиц в диапазоне 24−27 электронвольт действительно могут возникать условия, благоприятные для прямого коллапса черных дыр.
Если эта картина верна, распады темной материи могли «подтолкнуть» формирование первых черных дыр-гигантов. В таком случае загадочные монстры ранней Вселенной становятся еще одной подсказкой к тому, как устроена темная материя — самая массовая, но до сих пор невидимая составляющая космоса.
Ранее астрофизики открыли три вида слияний черных дыр.
космосАстрофизикаПоделиться
