Гигантские черные дыры в ранней Вселенной возникли из-за взаимодействия темной материи с обычной

Учитывая то, что мы знаем о темпах роста черных дыр, у них просто не было достаточно времени после Большого взрыва, чтобы стать такими огромными. Но они существуют.

Согласно новому исследованию, опубликованному в The Astrophysical Journal Letters, объяснением их существования может быть темная материя.

Темная материя — одна из величайших загадок Вселенной. Мы не знаем, что это такое и из чего она сделана. Единственный способ взаимодействия темной материи с обычной барионной материей, из которой состоит известное нам вещество во Вселенной — это гравитация.

Поскольку темная материя гравитационно взаимодействует с барионным веществом, мы можем наблюдать вызванные ей эффекты во Вселенной, такие, как вращение галактик, или изгибание светового луча под действием сильного гравитационного поля, и, вычитая гравитационный эффект нормальной материи определять объем темной материи во Вселенной. И ее, судя по таким расчетам, очень много. По оценкам, 85% гравитационных эффектов во Вселенной обусловлено темной материей.

Большинство галактик находится в ореоле темной материи; считается, что это жизненно важно для их формирования. Одной из моделей образования сверхмассивных черных дыр является прямой коллапс плотного облака газа. Но авторы работы задались вопросом: может ли существовать еще один вклад, и, если да, то какой?

Авторы работы предложили модель, в которой ореол темной материи схлопывается в результате гравотермической нестабильности, и его центральная область коллапсирует в зародышевую черную дыру.

Насколько мы можем судить, темная материя взаимодействует с барионной материей только гравитационно — но при этом она может взаимодействовать и сама с собой, на чем и основана предложенная модель.

Сценарий, предложенный авторами работы, начинается с образования именно такого ореола темной материи, гравитационно сближающегося в ранней Вселенной. Внутреннее притяжение гравитации будет конкурировать с возрастающим теплом и давлением, направленным вовне, причем, для несамодействующей темной материи, частицы, конденсирующиеся к центру протодыры, будут ускоряться под действием возрастающей силы тяжести и отскакивать во внешнее пространство под более высоким давлением, поскольку они не могут передавать свою энергию другим частицам.

Однако самовзаимодействующие частицы темной материи смогут передавать энергию другим частицам, создавая трение во вращающейся псевдожидкости темной материи. Это приведет к замедлению частиц, уменьшению углового момента и сжатию центральной части протодыры, так что в конечном итоге она схлопнется под собственной массой, образуя зародыш уже вполне привычной нам черной дыры.

По словам исследователей, с этого момента дыра может расти за счет захвата барионной материи. При этом, хотя «семя», состоящее из темной материи, может иметь достаточно большую массу, чтобы позволить черной дыре быстро расти, для образования супердыры необходимы обе формы материи.

Команда надеется, что будущие астрономические инструменты, ставшие более чувствительными, смогут определять местонахождение галактик ранней Вселенной с диапазоном яркости за пределами возможностей наших нынешних телескопов.

Это должно помочь подтвердить их модель, что, в свою очередь, поможет нам понять не только происхождение сверхмассивных черных дыр ранней Вселенной, но и загадочную природу темной материи.

Темная материя — таинственная гипотетическая субстанция, которую ученые еще не идентифицировали, могла возникнуть еще до Большого взрыва.

По материалам Science Alert

Читайте также:

История Млечного Пути

Черная дыра: что это такое