Учені знайшли спосіб знаходити надмасивні чорні діри в процесі їхнього народження за особливим типом випромінювання. Телескоп James Webb (JWST) має достатню потужність, щоб його виявити.
Одним із найзагадковіших відкриттів у сучасній астрономії стало виявлення надмасивних чорних дір, деякі з яких важать у мільярди разів більше за наше Сонце, у галактиках, які утворилися менш ніж через 750 млн років після Великого вибуху. Схоже, що вони росли з неймовірною швидкістю. Це ставить під сумнів наше розуміння того, як утворюються і розвиваються чорні діри.
Традиційний шлях утворення чорних дір передбачає колапс зорі, коли масивна зоря вмирає і залишає після себе чорні діри, вага яких зазвичай у кілька разів перевищує вагу Сонця. Але для того, щоб ці зоряні залишки перетворилися на гігантів з масою в мільярди мас Сонця в ранньому Всесвіті, знадобилося б живлення з неможливою швидкістю протягом винятково тривалого проміжку часу.
Альтернативним поясненням є сценарій прямого колапсу. Згідно з ним, масивні хмари первинного газу, що заполоняли новонароджений Всесвіт, безпосередньо колапсували в зародки надмасивних чорних дір без утворення зір.
Ключовою вимогою для процесу прямого колапсу є підтримання газу за температури охолодження атомарного водню близько 10 тисяч градусів, що запобігає фрагментації, яка призвела б до утворення зір. У цих умовах масивні газові хмари можуть колапсувати безпосередньо в щільні ядра, які в кінцевому підсумку стають зародками чорних дір.
Результати нового дослідження, опублікованого на сервері препринтів arXiv, свідчать про те, що в процесі прямого колапсу відбувалося випускання особливого типу світла, так званого випромінювання Лаймана-альфа. Воно виникає, коли атоми водню поглинають і повторно випромінюють ультрафіолетове випромінювання. Під час прямого колапсу це випромінювання являє собою один з основних процесів охолодження, забираючи енергію в міру стиснення газової хмари.
Попередні моделі припускали сферичний колапс, який утримував би фотони та знищував їх за допомогою квантових процесів. Однак дослідники пропонують реалістичніший сценарій, що включає газ, який обертається та утворює акреційний диск навколо центральної концентрації маси. Це створює біконічну своєрідну «воронку» вздовж осі обертання, через яку може йти випромінювання.
Використовуючи складні комп’ютерні симуляції та розрахунки перенесення випромінювання, вчені виявили, що значна частина фотонів Лаймана-альфа може йти через ці канали відтоку. Для об’єкта, що передує надмасивній чорній дірі, з червоним зсувом 10 (коли вік Всесвіту становив лише близько 500 млн років), понад 95% випромінювання Лаймана-альфа могло виходити та потенційно бути виявленим. Моделювання також показувало, що інструменти космічного телескопа JWST цілком здатні виявити ці сигнали за допомогою режиму багатооб’єктної спектроскопії та приблизно 10 000 секунд спостережного часу.
За словами вчених, якщо їхнє дослідження буде підтверджено реальними спостереженнями JWST, це докорінно змінить астрофізику, довівши сценарій, який ще донедавна вважався досить екзотичним. Виявлення прямого колапсу також стане важливою віхою в розумінні походження надмасивних чорних дір, які сформували структуру раннього Всесвіту.
Раніше ми розповідали про те, як нобелівський лауреат закликав не довіряти зображенням чорних дір, отриманим із використанням нейромереж.
За матеріалами Phys.org
