Ч ерните дупки в ранната Вселена представляват малък проблем. Въз основа на наблюденията от телескопи на Земята и в космоса знаем, че някои черни дупки са израснали до маса, милиард пъти по-голяма от масата на Слънцето, само един милиард години след Големия взрив. Сегашните ни модели за растежа на черните дупки обаче не могат да обяснят тази скорост на растеж. И така, как са се появили тези свръхмасивни черни дупки?
Това е проблем, който отдавна измъчва астрономите. Сегашното ни разбиране предполага, че в този времеви период само т.нар. черни дупки със средна маса, чиято маса е до 100 000 пъти по-голяма от масата на нашето Слънце, би трябвало да са могли да растат. И въпреки че са предложени няколко теории за този бърз растеж на ранните черни дупки, отговорът остава неуловим.
Това все още е огромен проблем в астрофизиката - казва д-р Джон Реган, астрофизик от Дъблинския университет, Ирландия.
Черните дупки се образуват, след като масивна звезда изчерпи горивото си, понякога в резултат на свръхнова, а друг път - без свръхнова, което се нарича сценарий на директен колапс. След като звездата вече няма гориво за изгаряне, тя не може да поддържа масата си и се срива. Ако масата на звездата е била достатъчно голяма, тя ще се срине в обект с огромно гравитационно привличане, от който нищо, дори светлината, не може да избяга - черна дупка.
Тъй като черната дупка постепенно привлича все повече и повече прах и газ в близост, тя може да увеличи размерите си, като накрая достигне гигантските размери на свръхмасивна черна дупка, като първата, заснета някога през април 2019 г. Сега учените проучват дали свръхмасивните черни дупки може да са се образували от свръхмасивни звезди, които са се сринали, за да образуват големи "семенни" черни дупки, давайки им преднина в растежа.
Д-р Реган координира проект, наречен SmartStars, в който се използва един от най-мощните суперкомпютри в Ирландия - ICHEC, за да се моделира как свръхмасивните звезди могат да осигурят семената на свръхмасивните черни дупки. Екипът искаше да провери дали тези звезди могат да обяснят бързия растеж на свръхмасивните черни дупки, които днес виждаме в центъра на почти всички галактики.
Установено е, че такива звезди биха могли да нараснат до 250 000 пъти над масата на Слънцето в рамките на 200 милиона години след Големия взрив, което е много вълнуващ резултат. Дори суперкомпютрите обаче имат своите ограничения. Изследователите са успели да моделират бъдещето на такива звезди само за един милион години, но моделирането трябва да обхване 800 милиона години, за да се види дали тези звезди наистина могат да бъдат семената на свръхмасивни черни дупки.
Това е наистина отлична отправна точка - каза д-р Реган. "Със следващото поколение суперкомпютри ще можем да направим тези симулации все по-напреднали.
Други теории за това как тези черни дупки са се разраснали толкова бързо са, че малка част от черните дупки са се разраснали с невероятна скорост или че по-малки черни дупки са се слели заедно, за да се превърнат в свръхмасивна черна дупка.
Д-р Мохамед Латиф, астрофизик в Университета на Обединените арабски емирства в Абу Даби, е съгласен с д-р Реган, че моделът на свръхмасивната звезда остава най-добрата ни теория в момента. Д-р Латиф е главен изследовател на проекта FIRSTBHs, който, подобно на SmartStars, изследва правдоподобността на модела на свръхмасивната звезда, като използва симулации на суперкомпютър във Франция.
"Това е все едно да отидеш в детската градина и да намериш дете, високо два метра".
Неговият проект, осъществен в CNRS във Франция, показа, че свръхмасивните звезди могат да създадат семенни черни дупки с маса стотици хиляди пъти по-голяма от масата на нашето Слънце. Установихме, че този метод е принципно осъществим - каза д-р Латиф, като обясни, че тези първоначални черни дупки-семена са достатъчно големи, за да обяснят растежа на свръхмасивни черни дупки с маса от милиард слънчеви маси за малък период от време.
За да се образуват тези черни дупки обаче, е необходимо условията в ранната Вселена да са били подходящи. Големи количества материал, съставен от водород и хелий, биха били необходими, за да се образуват достатъчно масивни черни дупки-семена, за да се получат свръхмасивни черни дупки, което изглежда е било възможно.
Но други неизяснени фактори означават, че този въпрос все още е отворен. Например, черните дупки трябва да привличат материя със скорост от поне 0,1 слънчеви маси годишно, а засега не е ясно дали това е възможно.
Няколко обсерватории вече ни позволяват да изследваме черните дупки в ранната Вселена с големи подробности. През октомври 2019 г. астрономите обявиха, че са използвали Голямата милиметрова/субмилиметрова решетка на Атакама (ALMA) в Чили, за да открият плътен пръстен от прах и газ около свръхмасивна черна дупка в далечна галактика. Смята се, че този пръстен с два газови потока, въртящи се в противоположни посоки, би могъл да захранва свръхмасивната черна дупка с достатъчно материал, за да я накара да расте бързо.
Преди това, през август 2019 г., рентгеновата обсерватория "Чандра" на НАСА успя да забележи така наречената "прикрита" черна дупка, която расте бързо, когато Вселената е била само на 6% от сегашната си възраст. Гъст облак от газ скрива черната дупка и произтичащия от нея квазар - ярка област от прегрята материя, която я заобикаля, но Чандра успя да я забележи, като видя рентгеновите лъчи да излизат от облака.
Въпреки това вероятно ще са необходими бъдещи телескопи, за да се изучи още по-подробно бързият растеж на свръхмасивните черни дупки. Например, въпреки че можем да предскажем съществуването на черни дупки-семена, все още не можем да ги видим. Предстоящият космически телескоп на НАСА James Webb Space Telescope (JWST), който трябва да бъде изстрелян през 2021 г., може да бъде в състояние да забележи някои от неоткритите семенни черни дупки.
Междувременно усъвършенстваният телескоп за високоенергийна астрофизика (ATHENA) на Европейската космическа агенция, който ще бъде изстрелян през 2031 г., трябва да ни даде още по-добра представа за това как възникват свръхмасивните черни дупки.
Хората са доста обнадеждени, че с мисията ATHENA ще получим доста по-добра картина - казва д-р Латиф. И може би скоро най-накрая ще разберем как тези огромни обекти са станали толкова големи за толкова кратък период от време.
Следете ни навсякъде и по всяко време с мобилното приложение на Vesti.bg. Можете да го изтеглите от Google Play и AppStore.
За още любопитно съдържание от Vesti.bg последвайте страницата ни в Instagram.
