Как выросли первые сверхмассивные черные дыры?

Ученые долгое время задавались вопросом, что способствовало быстрому росту этих огромных черных дыр, которые уже были монстрами вскоре после появления первых галактик. Новое исследование, основанное на моделировании суперкомпьютера, может дать ответ - тонкие нити холодного газа течет прямо в пасти черных дыр с головокружительной скоростью.

"Мы не знаем, когда они собираются появиться ", говорит в своем заявлении 12 декабря соавтор исследования Руперт Крофт из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге. "Было удивительно суметь измерить их массу. Это точный правильный размер и появляется точно в нужный момент времени. Это история успеха для современной теории космологии ".

Сверхмассивные черные дыры, как полагают, находятся в центре многих, если не всех, галактик, включая наш Млечный Путь. Они до умопомрачения гигантские. Ученые недавно обнаружили две дыры, и масса каждой составляет примерно массу до 10 миллиардов солнц.

Сверхмассивные черные дыры существовали с самых ранних дней Вселенной, образовались они всего 700 миллионов лет после Большого Взрыва, говорят ученые. (Вселенная образовалась около 13,7 миллиардов лет назад). Это на удивление рано, добавили исследователи, так как первые звезды и галактики сформировались всего на несколько сотен миллиардов лет ранее.

"Sloan Digital Sky Survey обнаружил сверхмассивные черные дыры возрастом менее 1 миллиарда лет. Они были такого же размера, как и большинство массивных черных сегодняшних дыр, которым 13,6 миллиардов лет", сказал ведущий автор Тициана Ди Маттео, также из Карнеги-Меллона. "Это было загадкой. Почему некоторые черные дыры образуют так рано, а другим необходимо дорасти практически до возраста Вселенной, чтобы достичь такой же массы?"

Ди Маттео и ее коллеги захотели решить эту головоломку. Поэтому они использовали суперкомпьютеры для выполнения крупномасштабного космологического моделирования, воссоздав первый миллиард лет после Большого Взрыва.

"Это моделирование поистине гигантское. Оно крупнейшее с точки зрения уровня физики и физического объема", сказала Ди Маттео. "Мы сделали это потому, что хотели рассмотреть редкие вещи во вселенной, такие как первые черные дыры. Из-за того, что они настолько редки, их нужно искать в большом пространстве".

Обычно, когда холодный газ течет к черной дыре, он сталкивается с другими газами, окружающими галактику, вследствие чего он нагревается до поступления к черной дыре. Этот процесс, вызванный шоковым нагреванием, каким-то образом приостанавливает рост черной дыры.

Скорее всего, потоки холодного газа направляются прямо в глотки вдоль нитей, которые придают структуру Вселенной, в результате чего черные дыры растут быстрее, чем дыры из ранней Вселенной, говорят исследователи.

Результаты будут опубликованы в Astrophysical Journal Letters.