Перші зірки у Всесвіті допомогли створити первинні чорні діри: що з'ясували астрономи

Астрономи вважають, що первинні чорні діри, що утворилися під час Великого вибуху, могли зіграти важливу роль у формуванні перших зірок у Всесвіті. Ці результати можуть допомогти оцінити, наскільки первинні чорні діри підходять як кандидати на роль темної матерії, найзагадковішої речовини у Всесвіті. Але вчені поки що не впевнені, чи сприяли ці чорні діри зореутворенню, чи навпаки пригнічували народження зірок. Моделювання показало, що залежно від їхньої маси та кількості, ці чорні діри могли або прискорити, або сповільнити утворення перших зірок. Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Первинні чорні діри

Вважається, що первинні чорні діри утворилися внаслідок коливань щільності матерії в ранньому Всесвіті. Це відрізняється від походження чорних дір зоряної маси, які утворюються, коли масивні зірки вибухають надновою наприкінці свого життя.

Це означає, що первинним чорним дірам не потрібні були зірки для появи. Також це не накладає на них обмеження за масою, адже вони, як вважається, були створені з раннього космічного матеріалу і не були обмежені масою вихідних зірок. Але, оскільки первинні чорні діри ще не виявлені, астрономи мало що можуть про них сказати напевно.

Автори дослідження вважають, що первинні чорні діри могли зіграти важливу роль у створенні перших зірок. Масивні первинні чорні діри можуть слугувати потужними гравітаційними центрами. У ранньому Всесвіті вони могли швидше притягувати газ і темну матерію, запускаючи формування малих галактик і зірок. Це може пояснити, як деякі з найбільш ранніх відомих галактик змогли сформуватися напрочуд швидко після Великого вибуху.

Чорні діри та перші зірки

Але, згідно з моделюванням, первинні чорні діри повинні мати певну масу, щоб відігравати позитивну роль у народженні зірок. Щоб прискорити раннє зореутворення, чорні діри мають бути доволі масивними, приблизно в 1000 — 1 0000 разів більшими за масу Сонця. За таких розмірів і в потрібній кількості вони повинні мати помітний вплив на швидкість утворення перших зірок, кажуть учені.

Більш масивні первинні чорні діри роблять це, спричиняючи збільшення коливань щільності матерії. Це призводить до появи так званих гало темної матерії — великих скупчень цієї загадкової форми матерії, всередині яких можуть збиратися будівельні блоки зірок і галактик. Але, якщо масивних первинних чорних дір занадто багато, зірки і галактики формуються занадто швидко, що не відображає відому картину раннього Всесвіту.

Також астрономи виявила, що первинні чорні діри з масою менше 100 мас Сонця не збільшують коливання густини матерії. Навпаки, моделювання показало, що за наявності достатньої кількості таких менш масивних первинних чорних дір, їхня гравітація створює приливні сили в газових хмарах і нагріває їх. Це створює проблеми для зореутворення, оскільки зірки народжуються, коли холодні та надщільні згустки газу стискаються під дією власної гравітації. Що більше первинних чорних дір з малою масою в ранньому Всесвіті, то сильніше нагрівається газ і то сильніше сповільнюється зореутворення.

Перевірити теорію вчених можна

За словами вчених, маса і чисельність первинних чорних дір мають бути ідеально правильними для того, щоб сприяти появі перших зірок. Первинні чорні діри залишаються гіпотетичними. Але можна виявити докази теорії вчених про їхню роль у ранньому зореутворенні.

За словами астрономів, у деяких із найекстремальніших сценаріїв зореутворення може розпочатися вже через 15 мільйонів років після Великого вибуху. Це набагато раніше, ніж припускають поточні моделі, що вказують на появу перших зірок через 100 — 200 млн років. Якщо вдасться виявити галактики або зірки, що формуються на дуже ранніх етапах розвитку Всесвіту, це підтвердить ідею про те, що щось на кшталт первинних чорних дір сприяло швидшому формуванню зірок і космічних структур.

Як уже писав Фокус, наше рідне надскупчення галактик розриває на частини особлива сила. У найбільших масштабах галактики утворюють надскупчення розміром у сотні мільйонів і мільярди світлових років. Але насправді це не цілісні структури і наше рідне надскупчення галактик руйнується.