Исследователи предложили новый механизм формирования сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Теория основана на распаде темной материи и объясняет, как черные дыры могли появиться уже через 500 миллионов лет после Большого взрыва.
Проблема ранних сверхмассивных черных дыр
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил сверхмассивные черные дыры. Они существовали уже через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Это открытие создало проблему для ученых.
Согласно традиционным моделям, черные дыры достигают массы в миллионы и миллиарды раз больше солнечной за счет слияния и поглощения вещества. Однако этот процесс должен занимать не меньше одного миллиарда лет. Появление таких гигантов за 500 миллионов лет не вписывалось в существующие теории.
Ученые начали искать альтернативные механизмы роста. Один из предполагаемых вариантов называется прямым коллапсом огромных облаков газа и пыли. В этом случае зародышевая черная дыра образуется сразу. Ей не нужно время на рождение, жизнь и гибель массивной звезды. Их теория была опубликована в научном журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Однако для такого процесса требовалось, чтобы звезды освещали эти облака материи и снабжали их энергией. Подобные условия слишком редки. Поэтому исследователи не могут объяснить, почему ранних сверхмассивных черных дыр так много.
Как темная материя помогает образованию черных дыр
Группа исследователей под руководством Яша Аггарвала из Калифорнийского университета в Риверсайде выдвинула новую теорию. По словам ученых, источником энергии могли стать изменения в галактиках под воздействием энергии, высвобождаемой при распаде темной материи. Темная материя составляет 85% всей материи во Вселенной. Она не взаимодействует со светом и не может состоять из электронов, нейтронов и протонов.
Ученые предполагают, что гипотетические частицы темной материи могут распадаться, высвобождая энергию. Для «сверхзарядки» первичных газовых облаков потребовалась бы энергия, эквивалентная одной миллиардной триллионной части энергии одной батарейки типа АА. Исследователи читают, что эту энергию мог обеспечить распад темной материи.
Вычисления и перспективы
Работа команды позволила точно определить гипотетический диапазон масс частиц темной материи — от 24 до 27 электронвольт. Частицы с такой массой способны инициировать образование черных дыр прямого коллапса. Авторы исследователи пояснили, что первые галактики представляют собой шары из чистого водородного газа. Их химический состав невероятно чувствителен к впрыскиванию энергии на атомном уровне. Именно такие свойства нужны для детектора темной материи.
Сигнатурой этих детекторов могут быть сверхмассивные черные дыры, которые ученые наблюдают сегодня. Ученые заявили, что распадающаяся темная материя может коренным образом изменить эволюцию первых звезд и галактик, что окажет широкомасштабное воздействие на всю Вселенную.
Этот механизм может помочь преодолеть разрыв между теорией и наблюдениями. Теория основана на серии совпадений, которые помогли ученым объединить физиков-частиц, космологов и астрофизиков. Один из команды ученых отметил, что подходящая среда из темной материи может значительно повысить вероятность образования черных дыр прямым коллапсом.
VK
OK
Telegram
Дзен