Самые старые и яркие черные дыры во Вселенной были рождены в результате газовых атак

Мерцающие, как космические маяки на берегу в 13 миллиардах световых лет от Земли, квазары являются одними из самых древних и ярких реликвий ранней Вселенной, которые астрономы могут обнаружить сегодня. Сокращенно от «квазизвездные радиоисточники», квазары — это гигантские черные дыры, которые светятся так же ярко, как галактики, и в миллионы или миллиарды раз массивнее земного солнца. Сегодня квазары существуют в центрах многих крупных галактик.

Но благодаря их исключительной светимости квазары были отслежены далеко в пространстве-времени, и было установлено, что примерно 200 из них сформировались в течение первого миллиарда лет истории нашей Вселенной. Как такие массивные объекты могли образоваться так рано, когда галактик было мало, а крупные звезды были исключительно редки?

Этот вопрос мучил исследователей более двух десятилетий с тех пор, как были идентифицированы первые квазары, и теперь новое исследование, опубликованное 6 июля в журнале Nature, может дать долгожданный ответ.

Используя компьютерное моделирование, исследователи смоделировали звездообразование в ранней Вселенной, сосредоточив внимание на одном из редких стыков, где встречаются два потока холодного турбулентного газа. В то время как потоки звездообразующего газа пересекают вселенную, как космические межгосударственные пространства сегодня, естественные «облака» или резервуары, где встречаются два потока, были чрезвычайно редки в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, что делало их заманчивыми, но неуловимыми областями изучения.

В моделировании два больших «сгустка» звездообразующего газа накапливались в центре этих потоков в течение миллионов лет. Но, к удивлению команды, эти сгустки никогда не сливались в звезды нормального размера, как предсказывали предыдущие модели ранней Вселенной.

«Холодные потоки вызвали турбулентность в [газовом] облаке, которая препятствовала формированию обычных звезд, пока облако не стало настолько массивным, что катастрофически разрушилось под собственным весом, образовав две гигантские первичные звезды», — соавтор исследования Дэниел Уэлен, старший преподаватель в космологии в Портсмутском университете в Англии, говорится в заявлении.

«Одна [звезда] имела массу 30 000 масс Солнца, а другая — 40 000». Предыдущие исследования показали, что при рождении квазар должен иметь массу от 10 000 до 100 000 масс Солнца. Если это так, то обе гигантские первичные звезды из новой симуляции могут быть жизнеспособными «семенами» для первых квазаров во Вселенной, пишут авторы исследования.

На самом деле вполне возможно, что обе большие звезды могли почти мгновенно схлопнуться в черные дыры, а затем продолжать поглощать газ, превращаясь в сверхмассивные квазары, подобные тем, которые ученые обнаружили в ранней Вселенной. По мере того, как чудовищные черные дыры продолжают расти, они могут даже сливаться, высвобождая поток пространственно-временной ряби, известной как гравитационные волны, пишут исследователи.

Вполне возможно, что ученые смогут даже обнаружить эти волны с помощью специальных обсерваторий в ближайшие десятилетия, потенциально подтвердив результаты моделирования.

Если это исследование подтвердится, оно перевернет десятилетия представлений о формировании звезд в ранней Вселенной. Предыдущие исследования показали, что крупные первичные звезды могли формироваться только в экстремальных условиях, когда внешние силы, такие как сильное ультрафиолетовое излучение, могли помешать формированию более мелких звезд.

Однако эта новая симуляция показывает, что такая экзотическая среда может и не понадобиться. Семена квазаров могут возникнуть естественным образом там, где встречаются редкие потоки холодного газа. «Первые сверхмассивные черные дыры были просто естественным следствием формирования структуры в [ранней Вселенной] — детищем космической паутины», — сказал Уэлен.