Сверхмассивные черные дыры могут образовываться из темной материи

Международная группа ученых обнаружила, что вместо обычных сценариев формирования с участием «нормальной» материи сверхмассивные черные дыры могут образовываться непосредственно из темной материи в областях с высокой плотностью в центрах галактик. Результат имеет ключевое значение для космологии ранней Вселенной и опубликован в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

То, как именно изначально образовались сверхмассивные черные дыры, сегодня является одной из самых больших проблем в изучении эволюции галактик. Сверхмассивные черные дыры наблюдались уже спустя 800 миллионов лет после Большого взрыва, и то, как они вырастали так быстро, остается неясным.

Стандартные модели образования включают нормальную барионную материю (атомы и элементы, из которых состоят звезды, планеты и все видимые объекты), которая коллапсирует под действием силы тяжести, образуя черные дыры, которые затем со временем вырастают. В новой работе исследуется потенциальное существование стабильных ядер галактик, состоящих из темной материи и окруженных ореолом разбавленной темной материи, и обнаруживается, что центры этих структур могут стать настолько концентрированными, что также могут коллапсировать в сверхмассивные черные дыры после достижения критического порога.

Согласно модели, это могло произойти гораздо быстрее, чем другие предложенные механизмы образования, и позволило бы сверхмассивным черным дырам в ранней Вселенной сформироваться раньше, чем галактики, которые они населяют, вопреки нынешнему пониманию.

Карлос Р. Аргуэльес, исследователь из Национального университета Ла-Плата и ICRANet, который руководил исследованием, комментирует: «Этот новый сценарий формирования может предложить естественное объяснение того, как сверхмассивные черные дыры формировались в ранней Вселенной, без необходимости предварительного звездообразования или необходимости вызывать черные дыры с нереалистичной скоростью аккреции».

Еще одно интригующее следствие новой модели - критическая масса коллапса в черную дыру может быть недостижима для небольших гало темной материи, например, окружающих некоторые карликовые галактики. Авторы предполагают, что это может привести к появлению небольших карликовых галактик с центральным ядром темной материи, а не ожидаемой черной дыры. Такое ядро ??темной материи все еще может имитировать гравитационные сигнатуры обычной центральной черной дыры, в то время как внешнее гало темной материи также может объяснять наблюдаемые кривые вращения галактик.

«Эта модель показывает, как гало темной материи могут иметь в центрах плотные концентрации, которые могут сыграть решающую роль в понимании образования сверхмассивных черных дыр», - добавил Аргуэльес. «Мы впервые доказали, что такое распределение темной материи ядро-гало действительно может формироваться в космологической структуре и оставаться стабильным на протяжении всей жизни Вселенной».

Авторы надеются, что дальнейшие исследования прольют больше света на формирование сверхмассивных черных дыр в самые ранние дни Вселенной, а также выяснят, могут ли центры неактивных галактик, включая Млечный Путь, принимать эти плотные темные материя ядра.