Новая версия появления первых черных дыр во Вселенной: нужна гравитация, а не звезды

Черные дыры могут быть невидимыми, но их влияние формирует галактики и современные технологии. Такое заявление сделала на прошлой неделе Приямвада Натараджан, астрофизик из Йельского университета, во время выступления на Всемирном экономическом форуме в Давосе, Швейцария. Натараджан, чьи исследования сосредоточены на космологии и физике черных дыр, рассказала о том, как изучение черных дыр изменило понимание Вселенной и незаметно легло в основу повседневных технологий. Также астрофизик предложила новую версию того, как появились первые сверхмассивные черные дыры, что потенциально решает давнюю загадку, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Черные дыры и GPS

"Черные дыры имеют очень тесную связь с каждым из ваc. Вы попали сюда, в Давос, потому что те же уравнения, которые объясняют черные дыры, фактически управляют GPS", — заявила Натараджан во время выступления на Всемирном экономическом форуме в Давосе.

Эти уравнения взяты из общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает, как масса объектов искривляет пространство и время. Хотя черные дыры представляют собой наиболее экстремальное проявление теории относительности, та же математика необходима для расчета тонких различий во времени, наблюдаемых спутниками на орбите.

Часы на борту спутников GPS идут немного быстрее, чем часы на Земле, потому что они находятся дальше от гравитационного притяжения нашей планеты. Без учета этих релятивистских эффектов ошибки в навигации быстро накапливались бы, делая GPS ненадежным.

Но большую часть XX века черные дыры рассматривались в основном как решения уравнений Эйнштейна без четких наблюдательных доказательств. Все изменилось в 60-х года прошлого века, когда ученые обнаружили первых кандидатов в черные дыры.

Загадка сверхмассивных черных дыр

Теперь астрономы знают, что в центре большинства крупных галактик, включая Млечный Путь, находится сверхмассивная черная дыра. Масса таких черных дыр в миллионы и мириады раз больше массы Солнца, и она тесно связана со свойствами галактик, где находятся эти огромные черные дыры.

В то же время астрономы обнаружили одну загадку. Сверхмассивные черные дыры уже существовали, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет. Их огромные размеры и быстрый рост бросают вызов традиционным теориям. Они предсказывают, что такие черные дыры могут вырасти постепенно за счет слияния и поглощения других черных дыр. Но при этом первоначальные черные дыры должно появиться после смерти массивных звезд. Но для того, чтобы черные дыры стали сверхмассивными, им необходим как минимум 1 миллиард лет постоянного роста. Поэтому остается загадкой, каким образом появились эти космические гиганты.

Как появились первые массивные черные дыры: новая версия

Натараджан и ее коллеги предложили свою версию образования первых черных дыр во Вселенной без участия звезд. Астрофизики считают, что при определенных условиях первозданные газовые облака, из которых возникают звезды путем сжатия под действием гравитации, вместо этого полностью сжимались до невероятно плотных объектов и таким образом появились массивные черные дыры.

Эти объекты, известные как черные дыры прямого коллапса, уже через нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва, имели массу в десятки и сотни тысяч раз большую, чем у Солнца. Это значит, что сверхмассивные черные дыры имели массивную основу для своего дальнейшего роста за более короткий период, чем 1 миллиард лет.

Более десяти лет Натараджан предсказала, что эти ранние черные дыры оставят характерные наблюдательные следы, которые смогут обнаружить будущие обсерватории, включая космический телескоп Уэбб. Когда этот телескоп начал работу в 2022 году эти предсказания начали подтверждаться.

• Одним из ярких примеров является галактика UHZ1, наблюдения за которой показали, что сверхмассивные черные дыры уже существовали всего через 470 миллионов лет после Большого взрыва. При этом центральная черная дыра в этой галактике уже имела массу в 10 миллионов раз превышающую массу Солнца через почти 500 млн лет после рождения Вселенной.
• Другим примером является так называемая галактика Бесконечность, также известная как "Космическая сова". Это пара взаимодействующих галактик, расположенная примерно в 8 миллиардах световых лет от нас. Эту галактику обнаружил телескоп Уэбб в прошлом году и считается, что она содержит один из первых примеров формирования черной дыры путем прямого коллапса.

Ученые обнаружили два компактных галактических ядра, окруженных кольцеобразными структурами, которые, вероятно, образовались в результате лобового столкновения двух галактик. Между ними находится сверхмассивная черная дыра, расположенная не в центре ни одной из галактик, а в огромном газовом резервуаре. Это значит, как считают ученые, что она образовалась в результате прямого сжатия под действием гравитации плотного турбулентного газа, вызванного столкновением галактик.

Как уже писал Фокус, в Млечном Пути разбегаются звезды, и астрономы выяснили, что происходит.

Также Фокус писал о рекордах, которые установят астронавты NASA во время путешествия к Луне уже в ближайшее время.