|
Объяснение массивных черных дыр ранней Вселенной
|
|
|
|
Одним из самых загадочных результатов наблюдений JWST за ранней вселенной является размер черных дыр. Согласно нашим представлениям о росте черных дыр, эти ранние черные дыры намного массивнее, чем ожидалось. Астрономы ожидали неожиданного от JWST, и это произошло. Теперь задача состоит в том, чтобы обновить модели Вселенной, включив в них эти новые наблюдения.
|
|
|
|
Новое исследование, которое будет опубликовано в Astrophysical Journal Letters, предлагает решение проблемы сверхмассивных черных дыр. Оно называется "Как сверхмассивные черные дыры образовались на заре космоса" и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv. Ведущим автором является Мухаммад Латиф с физического факультета Колледжа естественных наук Университета Объединенных Арабских Эмиратов.
|
|
|
|
Когда астрономы говорят, что ранние черные дыры более массивны, чем они "должны" быть, они имеют в виду соотношение между массой черной дыры и звездной массой галактики-хозяина. В современной локальной Вселенной это соотношение удивительно стабильно. Сверхмассивные черные дыры (SMBH) обычно на 0,1-0,5% массивнее звездной массы галактики, в которой они находятся. (Это особенно верно для эллиптических галактик и галактик с преобладанием выпуклостей, но не в такой степени для галактик с преобладанием дисков, как Млечный Путь.)
|
|
|
|
Но во вселенной с высоким красным смещением все выглядит по-другому. Когда JWST наблюдал за галактиками в течение первых 1 или 2 миллиардов лет существования Вселенной, он обнаружил, что небольшие скопления были намного массивнее по сравнению с их галактиками-хозяевами. Они часто составляют от 10% до 30% массы их галактик. В некоторых экстремальных случаях, когда речь идет о маленьких красных точках, массы Черных дыр превышают все звездные массы галактик-хозяев.
|
|
|
|
|
|
|
Ученые называют эти ранние галактики с массивными черными дырами сверхмассивными галактиками с черными дырами (OBG). После первоначального шока от этих открытий астрофизическое сообщество приступило к работе, пытаясь объяснить то, что они обнаружили. Предыдущие модели показали, что SMBH и их галактики эволюционировали и росли более или менее синхронно. Но теперь это понимание было отброшено в сторону.
|
|
|
|
В этом новом исследовании авторы утверждают, что черные дыры в этих OBG являются черными дырами прямого коллапса. "Здесь мы показываем, что OBG - это просто результат рождения DCBH в первобытных ореолах на ранней стадии", - пишут они.
|
|
|
|
Первичные гало, о которых они говорят, - это гало из темной материи. Эти гало обычно описываются как каркас, на котором формируются галактики. Они являются гравитационной основой Вселенной. Гало из первичной темной материи (ТМ) - это первое поколение образовавшихся ТМ-гало, первые структуры, которые разрушились в первоначальном поле плотности Вселенной.
|
|
|
|
Черные дыры, на которые ссылаются авторы, - это черные дыры с прямым коллапсом. Как и следует из их названия, эти черные дыры коллапсируют непосредственно из вещества; у них нет звездного предшественника и звездного коллапса. Теоретики утверждают, что эти типы черных дыр могли образоваться только в ранней Вселенной, когда условия были иными. DCBH сформировали зародыши черных дыр, которые стали предшественниками SMBH.
|
|
|
|
В этой работе авторы использовали космологическое моделирование, чтобы прийти к своему выводу. Их моделирование показывает, что, в отличие от некоторых других объяснений существования этих массивных черных дыр, не требуется суперэддингтоновской аккреции. Фактически, моделирование показывает, что эти ЧД растут лишь в два раза медленнее, чем по Эддингтону.
|
|
|
|
Один из ключей к этому пониманию касается звездообразования в галактике-хозяине. Авторы объясняют, что их моделирование впервые прослеживает совместную эволюцию DCBH и галактики-хозяина на протяжении нескольких сотен миллионов лет. Они также объясняют, что их моделирование позволяет определить "звездообразование в самых ранних мини-галактиках" и что оно "показывает, что это соотношение является естественным результатом первоначального подавления звездообразования DCBH и последующего сильного выброса металлов сверхновыми Pop III".
|
|
|
|
Известно, что обратная связь с черными дырами подавляет звездообразование, нагревая и рассеивая холодный звездообразующий газ. Астрофизики также знают, что звезды Pop III, первое поколение звезд, которые сформировались, были массивными, недолговечными, и многие из них взрывались как необычайно мощные сверхновые. Эти сверхновые работали бы вместе с обратной связью с черными дырами, препятствуя звездообразованию, помогая создать неравномерное соотношение масс между BHs и звездной массой в этих ранних галактиках.
|
|
|
|
В качестве доказательства точности своего моделирования авторы указывают на пару хорошо известных ранних OBG, наблюдаемых JWST: GHZ9 и UHZ1. "Наши модели дают отличное соответствие спектрам UHZ1 и GHZ9 при z = 10,1 и 10,4 соответственно", - пишут они.
|
|
|
|
Астрофизики предположили, что DCBH в ранней Вселенной были зародышами черных дыр для возможного образования SMBH в галактиках, и эта работа подтверждает эту идею.
|
|
|
|
"Учитывая, что количество обнаруженных до сих пор OBG согласуется с предыдущими оценками плотности числа DCBH, наше моделирование предполагает, что OBG могут быть естественной фазой эволюции в большинстве галактик, содержащих DCBH, и подтверждает предположение о массивных зародышах первых SMBH во Вселенной", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
