«Невозможные» черные дыры ранней Вселенной объяснили по Хокингу

В космосе наблюдают черные дыры двух основных разновидностей. Первая — черные дыры звездных масс, результат коллапса ядра «умершей» и очень массивной звезды. Вторая — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик.

К примеру, в центре Млечного Пути расположена черная дыра массой в четыре миллиона Солнц, а в галактике М87 центральная сверхмассивная черная дыра заключает в себе целые миллиарды солнечных масс. Это астрофизиков не удивляет: за долгие миллиарды лет существования у обоих объектов было достаточно времени, чтобы набрать такой вес.

Серьезные вопросы возникли после того, как космический телескоп «Джеймс Уэбб» начал присылать снимки самых далеких галактик. Они запечатлены на этих изображениях такими, какими были в первый миллиард лет существования Вселенной. Напомним, ей 13,8 миллиарда лет.

В этих молодых, практически только что родившихся, галактиках наблюдают черные дыры с массами как минимум в миллионы Солнц. То есть в столь ранней Вселенной уже были примерно такие же черные дыры, как в центре нашей весьма крупной галактики, которой приблизительно 12 миллиардов лет. Предстоит разобраться, как такое может быть.

Этой целью недавно задались исследователи из Италии. Своими соображениями они поделились в статье для Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (доступна на сервере препринтов arXiv.org).

Ученые отметили, что до сих пор в основном рассматривали два сценария образования сверхмассивных черных дыр. Первый вариант: это результат слияния черных дыр звездных масс и постепенного поглощения окружающего вещества. Как объяснили астрофизики, такая версия для самых далеких объектов не подходит: за считаные сотни миллионов лет после Большого взрыва этим способом нельзя было бы получить в центре галактики то, что мы имеем в современном Млечном Пути.

Второй сценарий предполагает, что огромные массы вещества в молодой Вселенной схлопывались в черные дыры сразу. Но и это в глазах ученых не выглядит достаточно убедительно: по их словам, условия образования таких «тяжелых семян» сверхмассивных черных дыр не вполне ясны. Поэтому исследователям пришлось обратиться к еще одной возможной альтернативе: они предположили, что черные дыры в центрах галактик — это множество собранных воедино гипотетических первичных черных дыр.

Версию о существовании таких объектов активно отстаивал Стивен Хокинг. Он подозревал, что сравнительно небольшие черные дыры повсеместно возникли во Вселенной вскоре после того, как ее заполнило первое вещество: в самом начале Вселенная еще была компактной, поэтому материи должно было быть очень тесно, и ее сверхплотные сгустки коллапсировали. Хокинг полагал, что по сей день непонятая темная материя состоит именно из этих первичных черных дыр.

К сожалению, поиски этих объектов в космосе пока безуспешны. Но, как подчеркнули итальянские астрофизики, если бы эти первичные черные дыры действительно существовали, то из них за первый миллиард лет Вселенной легко могло сформироваться как раз то, что мы видим на снимках «Уэбба».

Существуют и альтернативные объяснения быстрому набору масс черными дырами древней Вселенной — модели циклической космологии. В них Вселенная с самого Большого взрыва уже имела немало черных дыр, поскольку они достались ей от прошлых циклов Вселенной. Naked Science писал об одной из популярных концепций такого рода, теории Николая Горькавого.