Новое исследование описывает сверхмассивные черные дыры из темной материи

Новое теоретическое исследование предлагает новый механизм образования сверхмассивных черных дыр из темной материи. Международная команда ученых пришла к выводу, что сверхмассивные черные дыры могут возникать в областях с высокой плотностью в центрах галактик и непосредственно из темной материи, а не только в соответствии с обычными сценариями возникновения из нормальной материи. Этот результат имеет важное значение для космологии молодой вселенной. Результаты проведенного исследования были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Новое исследование описывает сверхмассивные черные дыры из темной материи

Художественное изображение спиральной галактики, окутанной большим скоплением невидимой темной материи, так называемым ореолом темной материи (показано синим). © ESO / L. Calçada / CC-BY 4.0

2

Точный принцип образования сверхмассивных черных дыр — одна из величайших проблем в изучении эволюции галактик сегодня. Сверхмассивные черные дыры наблюдались уже через 800 миллионов лет после Большого взрыва, но при этом совершенно неясно, как они смогли так быстро вырасти.

Стандартные модели описывают, что нормальная барионная материя (атомы и элементы, из которых состоят звезды, планеты и все видимые объекты) коллапсирует под действием собственной гравитации, образуя черные дыры, которые затем со временем постепенно растут.

Однако новое исследование изучает и возможность существования стабильных ядер галактической темной материи, окруженных ореолом темной материи. В нем говорится, что центры этих структур могут стать настолько плотными, что они тоже при достижении критического предела способны схлопнуться в сверхмассивные черные дыры.

Согласно новой модели, это может происходить намного быстрее, чем при других механизмах образования, что позволило бы сверхмассивным черным дырам сформироваться еще до галактик, в которых они находятся теперь. Но это противоречит нашему сегодняшнему пониманию соответствующих механизмов.

«Этот новый сценарий образования может дать естественное объяснение того, как сверхмассивные черные дыры могли появиться в молодой вселенной — без необходимости в более ранних процессах звездообразования или без предположения о черных дырах с нереалистичной скоростью аккреции», — заявил руководитель исследования Карлос Р. Аргуэльес из Национального университета Ла-Платы.

Еще одно поразительное следствие новой модели состоит в том, что критическая масса для коллапса в черную дыру может быть недостижима для меньших гало темной материи, таких как те, что окружают некоторые карликовые галактики. Авторы предполагают, что это могло бы затем так и оставить недостаточно большие карликовые галактики с центральным ядром из темной материи вместо ожидаемой на его месте черной дыры. Тем не менее такое ядро темной материи может имитировать гравитационные сигнатуры нормальной центральной черной дыры, в то время как внешнее гало темной материи вполне могло бы объяснить наблюдаемые кривые вращения галактик.

«Эта модель показывает, как гало темной материи могут иметь в своих центрах концентрации плотности, которые способны сыграть решающую роль в лучшем понимании образования сверхмассивных черных дыр», — добавил Аргуэльес. — «Здесь мы впервые доказали, что такое распределение ядра-гало из темной материи может действительно формироваться в космологической структуре и оставаться стабильным на протяжении всей жизни вселенной».

Авторы надеются, что дальнейшие исследования прольют больше света на процессы формирования сверхмассивных черных дыр в первые дни существования нашей вселенной и прояснят, могут ли центры неактивных галактик (включая нашу галактику Млечный Путь) быть домом для таких плотных ядер темной материи.

Источник