Разгадана тайна первых черных дыр

Астрофизиков давно смущала проблема первых черных дыр, появившихся во Вселенной - они очень быстро набрали массу, хотя в те времена возможностей для этого практически не было.

Ответ нашли ученые Университета Карнеги Меллон и Космологического центра Астрид Маквильямс (США) при ставшей уже стандартной помощи компьютерного моделирования.

Проблема заключалась в том, что первые 700-800 миллионов лет все во Вселенной, как и она сама, имело маленькие размеры. Галактики и звезды тогда только начинали формироваться, находились на большом удалении друг от друга, и черные дыры, "живущие" в центрах этих галактик, сидели "на голодном пайке".

Однако наблюдения, недавно проведенные космической обсерваторией Sloan Digital Sky Survey, показали, что эта теория, такая красивая и логичная, дает сбой – были обнаружены гигантские черные дыры, которые существовали как раз в "голодные годы", 700 миллионов лет назад. Больше того, по массе они мало отличались от современных сверхмассивных звезд возрастом в 13,6 млрд лет.

По сегодняшним представлениям, сверхмассивные черные дыры возникают при столкновении двух галактик и слиянии их центральных, пока еще не сверхмассивных, черных дыр. Однако в первый миллиард лет жизни Вселенной галактики были в дефиците, поэтому вероятность их столкновения была минимальной. Однако получалось, что именно тогда черные дыры набрали основной вес, а потом, когда галактическая пища появилась в избытке, вдруг по какой-то причине "сели на диету".

Чтобы разобраться в том, что же на самом деле происходило с черными дырами в первый миллиард лет, ученые разработали самую массивную на сегодня космологическую симуляцию жизни Вселенной в тот период, такую, что для ее реализации потребовалась помощь суперкомпьютеров.

Отследить поведение столь большого объема Вселенной их заставила редкость тогдашних черных дыр. Начальные условия ничем необычным не отличались, однако результат оказался неожиданным для всех.

Машина "сообщила" исследователям, что сверхмассивные черные дыры в то время должны были быть именно такими, о каких предупреждал телескоп. Причина заключалась в холодном межзвездном газе – ученые увидели, как он мощными струями со всех сторон устремляется в черную дыру, и за этот счет она наращивает массу по очень крутой экспоненте, быстрее, чем что бы то ни было в этом мире.

Спустя миллиард лет ситуация стала меняться, и сегодня холодный газ практически не входит в меню черных дыр, этому препятствует процесс так называемого "шокового нагрева" – по пути к черной дыре холодный газ сталкивается с другими массами газа, резко нагревается и уже не может попасть туда, куда его тянут гравитационные силы.

Выяснилось также, что разработанная учеными компьютерная методика моделирования раннего периода жизни Вселенной может помочь разобраться не только с черными дырами, но и с многими другими загадками того периода. Сейчас ученые пытаются модифицировать ее и захватить в "поле зрения" суперкомпьютера еще большую часть ранней Вселенной.

тсн