Ілюстрацыя далёкай галактыкі CR7, у якой у мінулым годзе было выяўлена некранутая папуляцыя зорак, утвораная з матэрыялу прама з Вялікага выбуху. Малюнак: М. Корммессер / ESO.

Як Сусвет атрымала свае першыя звышмасіўныя чорныя дзіркі?

Як яны настолькі хутка становяцца настолькі вялікімі, загадка. Ці можа "прамы калапс" стаць рашэннем, якое мы шукаем?

«Каб нешта разбурылася, не ўсе сістэмы павінны зачыніцца. У большасці выпадкаў дастаткова толькі адной сістэмы ". -Роберт Кіёсакі

У цэнтры амаль кожнай вялікай галактыкі ляжыць звышмасіўная чорная дзірка, якая ў маштабах мільёнаў і нават мільярдаў разоў перавышае масу нашага Сонца. Наш Сусвет існуе ўжо 13,8 мільярда гадоў, што, як вам здаецца, дастаткова часу, каб сфармаваць вялікую чорную дзірку. Але чым далей, тым далей, чым мы глядзім, кожная звышмасіўная чорная дзірка, якую мы вымяраем, мае прыблізна тую ж масу, што і сёння. Іншымі словамі, у той час як самыя маштабныя структуры ў Сусвеце:

  • гіганцкія эліптычныя галактыкі,
  • звышмасіўныя навалы ў тысячу разоў масу Млечнага Шляху,
  • і галактычных нітак, якія праходзяць сотні мільёнаў светлавых гадоў,

спатрэбіліся мільярды гадоў, узьнікаюць ультрамасіўныя чорныя дзіркі, як мы бачым.

Ілюстраваная часовая гісторыя гісторыі Сусвету. Крэдыт малюнка: Еўрапейская паўднёвая абсерваторыя (ESO).

Яны не папярэднічаюць зоркам, але яны знаходзяцца ў самых ранніх масіўных галактыках, якія мы ведаем, як вымераць. Вар'яцкае тлумачэнне заключаецца ў тым, што Сусвет нарадзілася з гэтымі касмічнымі бегемотамі, але яны ляцяць перад усім, што мы ведаем пра фарміраванне структуры, уключаючы велічыні і маштабныя маштабы / маштабы ваганняў, якія прывялі да ўсяго, што мы бачым сёння. Новая фізіка, якую трэба было б выказаць здагадкай, каб стварыць Сусвет, які нарадзіўся з надзвычай вялікімі чорнымі дзіркамі, не толькі недарэчны, але і неверагодна стрыманы назіраннямі за касмічным светлавым фонам, які засяляе космас.

Флуктуацыі касмічнага мікрахвалевага фону, як бачыць Планк. Крэдыт на малюнак: супрацоўніцтва ESA і Planck.

Але ёсць два "прыземленыя" тлумачэнні або тлумачэнні, якія не ўключаюць ніякай новай фундаментальнай фізікі, апроч той, пра якую мы ведаем у цяперашні час.

  1. Велізарны набор зорных выбухаў - гіганцкі прыліў катастрафічных зорных утварэнняў - выклікаў утварэнне вялікай колькасці чорных дзірак зорнай масы ўсяго за некалькі мільёнаў гадоў. З цягам часу яны зліваліся і мігравалі да цэнтра галактыкі, у вельмі кароткім часе стварыўшы звышмасіўную чорную дзірку.
  2. Звышмасіўная чорная дзірка ўтвараецца пры непасрэдным разбурэнні рэчывы ў вельмі вялікую, масіўную чорную дзірку адразу і адразу, што забяспечвае семені для ўльтрамасіўных чорных дзірак, якія растуць за адносна кароткі тэрмін.

Першы сцэнар, па велічыні многіх людзей, лічыцца самым простым тлумачэннем, бо мы бачым шмат доказаў таго, як гэта магло б працаваць нават сёння.

Галяктыка зорных выбухаў Генісі 2–10, размешчаная ў 30 мільёнах светлавых гадоў. Малюнак: рэнтген (NASA / CXC / Virginia / A.Reines і інш.); Радыё (NRAO / AUI / NSF); Аптычны (NASA / STScI).

Вядома, што зорнае ўтварэнне адбываецца ва ўсплёсках, прычым найбольшыя тэмпы ўтварэння зоркі адбываюцца ў першыя тры мільярды гадоў Сусвету і з тых часоў падаюць. Калі зоркі ўтвараюцца масава, яны вырабляюць зоркі самых розных мас і колераў, у тым ліку багатае колькасць зорак звыш 20, 50, 100 і нават 200 сонечных мас. Гэтыя масіўныя, блакітныя, гарачыя зоркі адначасова з'яўляюцца самымі яркімі і кароткачасовымі, і яны заканчваюць сваё жыццё ў звышновых разбураных ядрах, амаль усе яны ствараюць чорныя дзіркі. З-за дынамікі гравітацыі, як працуюць гэтыя самыя масіўныя аб'екты, гэта тое, што яны ўзаемадзейнічаюць з іншымі зоркамі вакол сябе, б'юць іх вакол, апускаючыся ў цэнтр кластара ці галактыкі, а потым зліваюцца разам. Гэта просты, кансерватыўны сцэнар. Але гэта таксама можа быць недастаткова.

У мінулым годзе была выяўлена галактыка CR7: моцны кандыдат на стварэнне сапраўды некранутай папуляцыі зорак. Прышцін азначае, што гэта былі б першыя зоркі, якія ўтвараліся ў гэтай галактыцы пасля Вялікага выбуху, і навука даволі моцна падтрымлівае гэты погляд. Але калі мы паглядзім нават на гэтую галактыку, мы знойдзем у ёй нешта відовішчнае: яна таксама сведчыць пра звышмасіўную чорную дзірку. І хоць тлумачэнне зорнага выбуху павабна, яно не можа цалкам адпавядаць таму, што мы бачым. У дакуменце, напісаным у пачатку гэтага года, навукоўцы Аарон Сміт, Волкер Бромм і Абрахам Лёб прыдумалі іншае тлумачэнне: магчыма, яны бачылі першыя доказы чорнай дзіркі прамога калапсу!

Рэнтгенаўскія і аптычныя здымкі маленькай галактыкі, якая змяшчае чорную дзірку, у дзясяткі тысяч разоў перавышае масу нашага Сонца. Гэтыя чорныя дзіркі, магчыма, узніклі спачатку ў Сусвеце прамым развалам матэрыі. Малюнак: рэнтген: NASA / CXC / Univ of Michigan / VFBaldassare і інш; Аптычныя: SDSS; Ілюстрацыя: NASA / CXC / M.Weiss.

Гэтая галактыка, пасылаючы святло з 13 мільярдаў гадоў таму, павінна бачыць, што святло падарожнічае па ўсёй Сусвеце, якая пашыраецца, дзе яе даўжыні хвалі расцягваюцца ад ультрафіялета праз бачную частку спектра і аж да інфрачырвонага. Тым не менш, самыя гарачыя, самыя блакітныя зоркі - якімі ён багаты - выклікаюць інтэнсіўнае ўльтрафіялетавае выпраменьванне з прысутных атамаў: вадароду і гелія. Гэтыя лініі выкідаў адбываюцца з крыху розных частак галактыкі, і дзякуючы неверагоднай тэхналогіі назіранняў 2015 года па іх выяўленні мы змаглі вызначыць, што выкіды вадароду, здаецца, рухаюцца хутка, са хуткасцю 160 км / с, адносна гелія выкіды. Калі Сміт, Бром і Лёб спрабуюць мадэляваць гэтыя выкіды з дапамогай мадэлявання, яны выяўляюць, што ў цэнтры павінна быць масіўная крыніца выпраменьвання, ствараючы іянізаваную бурбалку і выцясняючы з цэнтра расшыральную абалонку газу.

Багатая туманнасць газаў, выцесненая ў міжзоркавую сераду гарачымі новымі зоркамі, утварылася ў цэнтральным рэгіёне. Малюнак: Абсерваторыя Блізнятаў / AURA.

Варта ўлічваць два тлумачэнні: альбо ёсць масіўны зорны кластар пры неверагодна высокай тэмпературы 100 000 К, альбо ёсць масіўная чорная дзірка, якая кіруе ім. Вялікая розніца паміж дзвюма мадэлямі заключаецца ў тым, што масіўная чорная дзірка стварае хуткасць зрушэння паміж вадародам і геліем, а таксама неверагодны памер рэгіёну (больш за 50 000 светлавых гадоў!), У той час як першародны масіўны зорны кластар гэтага не робіць.

Гэта толькі мадэляванне; калі вы хочаце пацвердзіць сваю фатаграфію, вам патрэбныя доказы, каб вырашыць так ці інакш. Тое, як мы зможам вызначыць, ці сапраўды існуе масіўная чорная дзірка, будзе назіранне, і гэта прадугледжвае пошук характэрных радыячных выкідаў з чорных дзір.

Невялікі ўчастак вельмі вялікага масіва Карла Янскага, аднаго з найбуйнейшых і самых магутных у свеце радыётэлескопаў. Крэдыт на малюнак: Джон Фаўлер, які мае ліцэнзію cc-by-2.0.

Самыя вялікія, самыя сучасныя радыётэлескопныя масівы ў свеце знаходзяцца на мяжы вырашэння гэтай задачы! Факты, якія паказваюць на наяўнасць чорных дзір з непасрэдным калапсам, выклікаюць вялікую цяжкасць і выклікаюць здагадку, але мы яшчэ не перайшлі гэты парог. Для таго, каб туды патрапіць, нам трэба паглядзець доказы. Але тэарэтычная магчымасць была ўзнята, і рукавіца была кінута ўніз. Прыйшоў час сабраць доказы і хай прырода вырашыць!

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!