Сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной сами ограничивали свой аппетит
Интернациональный коллектив астрофизиков опубликовал результаты наблюдений, которые дали важный ключ к объяснению механизма совместной эволюции массивных черных дыр и вмещающих их галактик на ранней стадии существования Вселенной. По результатам анализа спектров 30 квазаров на красных смещениях от 5,8 до 6,6 авторы предполагают, что в ту эпоху многие сверхмассивные черные дыры в центрах галактик порождали крайне сильные потоки вещества, которые тормозили их собственный рост. Эти выводы, если они подтвердятся, потребуют модификации моделей эволюции галактик в молодой Вселенной.
В течение последних десятилетий астрономы доказали, что уже во второй половине первого миллиарда лет после Большого взрыва Вселенная была заполнена быстро формирующимися галактиками, в ядрах которых находились сверхмассивные черные дыры. Их окружали исполинские аккреционные диски, которые генерировали мощное электромагнитное излучение в широком диапазоне частот, превращающее эти дыры в очень яркие квазары. В качестве хорошего обзора, посвященного различным аспектам рождения и эволюции черных дыр, могу рекомендовать очень понятно написанную статью The Formation and Evolution of Massive Black Holes французского астрофизика Марты Волонтери, которая в 2012 году появилась в журнале Science (полный текст статьи в виде препринта доступен здесь).
В настоящее время самым старым представителем семейства первых квазаров считается J0313-1806 с полной (болометрической) светимостью 1,4×1047 эрг/сек (F. Wang et al., 2021. A Luminous Quasar at Redshift 7.642). Его излучение доходит до Земли с красным смещением z = 7,642, что соответствует возрасту порядка 670 миллионов лет после Большого взрыва (иначе говоря, приблизительно за 13 миллиардов 130 миллионов лет до нашего времени). Масса его черной дыры оценивается в (1,6±0,4)×109 солнечных масс, а ежегодный темп звездообразования в окружающей галактике составляет приблизительно 200–250 солнечных масс. Первооткрыватели квазара пришли к выводу, что эта галактика к тому времени успела накопить пылевые частицы общей массой в 70 миллионов масс Солнца — и это в дополнение к ее газовой компоненте. Вероятно, второе место принадлежит квазару P172+18, чьи отловленные на Земле фотоны были испущены через 680 миллионов лет после Большого взрыва (E. Bañados et al., 2021. The Discovery of a Highly Accreting, Radio-loud Quasar at z = 6.82).
Стоит отметить, что 13 с лишним миллиардов лет назад космический газ состоял в основном из нейтральных атомов и молекул. Однако в ту эпоху уже имело место активное рождение очень горячих и потому быстро сгорающих звезд первой генерации с массами в десятки, сотни и даже, согласно некоторым моделям, тысячи солнечных масс. В их излучении доминировали ультрафиолетовые кванты, которые выбивали электроны из газовых частиц и превращали их в ионы (этот процесс принято называть реионизацией Большого Космоса).
К концу прошлого десятилетия было известно свыше полусотни квазаров с красными смещениями в диапазоне от шести с половиной до семи. На этом фоне вполне обычными кажутся квазары с несколько меньшими сдвигами спектральных линий, чей дошедший до Земли свет был испущен уже в начале эпохи реионизации.
Авторы недавней статьи в Nature собрали детальные данные о спектрах тридцати таких квазаров с красными смещениями от 5,8 до 6,6 (12,7–12,9 млрд св. лет). Они были получены в ходе 250-часовых наблюдений на широкополосном спектрометре X-Shooter, одном из инструментов комплекса Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, возведенного на горе Серро-Параналь в Чили. Напомню, что в его состав входят четыре главных телескопа с апертурой 820 см. X-Shooter смонтирован на телескопе № 2, известным также под собственный именем Куйен.
Все три десятка наблюдавшихся квазаров отличаются чрезвычайно высокой яркостью. Медианная абсолютная звездная величина этой группы (напоминаю, что она равна наблюдаемой звездной величине того же объекта, если бы он находился на дистанции 10 парсек от Земли) составила −26,9. Для сравнения, абсолютная звездная величина нашей Галактики оценивается в минус 20,9, так что разница между нею и квазарной медианой равна семи единицам. Это означает, что весь Млечный Путь светит в 2,526 = 256 раз слабее среднего квазара.
Как я только что отметил, авторов обсуждаемой работы интересовала информация о спектрах наблюдавшихся квазаров, которая собиралась как в оптическом диапазоне длин волн, так и в ближней инфракрасной зоне. Обработка этих данных выявила у четырнадцати квазаров участки с сильно уширенными линиями поглощения, сдвинутыми в сторону голубой границы оптического спектра. Отсюда следует, что они служат (точнее, служили в ту бесконечно далекую эпоху) источниками мощнейших струй вещества, чья скорость в максимуме доходила до 17% скорости света. Так что главное утверждение статьи состоит в следующем: 47 процентов наблюдавшихся квазаров активно выбрасывали в окружающее пространство мощные струи очень горячего вещества, разогнанные до субсветовых скоростей. Этот результат получен на 90-процентном уровне достоверности.
Этот рисунок из обсуждаемой статьи показывает, что массы тридцати наблюдавшихся древних черных дыр превосходят массы черных дыр контрольной группы, соответствующих умеренным красным смещениям. Однако эта информация передана при помощи специфического параметра, который требует объяснения.
Для начала рассмотрим стабильную звезду главной последовательности. В первом приближении это светящийся плазменный шар, находящийся в состоянии гидростатического равновесия, которое обеспечивается гравитационными силами. Как известно, электромагнитное излучение создает давление на среду, через которую оно проходит. Следовательно, оно раздувает верхние слои звезды и тем самым противодействует тяготению ее внутренних слоев, окружающих ядро, где идут реакции термоядерного синтеза.
Отсюда следует весьма нетривиальный вывод, который сделал классик британской астрофизики Артур Эддингтон. Звезда может сохранять стабильность (то есть, пребывать в состоянии гидростатического равновесия), только если ее светимость не превышает определенного максимума, который, что очень важно, пропорционален ее массе. Эта максимальная светимость называется пределом Эддингтона, или эддингтоновским пределом.
Какое отношение это имеет к квазарам, которые были открыты много позже кончины Эддингтона? Излучение квазара обеспечивается аккрецией окружающего вещества на черную дыру, причем его полная светимость пропорциональна темпу этой аккреции. Для каждого квазара существует максимальная скорость потери массы аккреционным диском, при которой аккреция еще не разрушается давлением излучения. Примечательно, что этот максимальный темп аккреции тоже пропорционален массе — только уже не звезды, а черной дыры. Его называет эддингтоновским темпом аккреции (Eddington accretion rate). Обычно его измеряют через так называемое отношение Эддингтона (Eddington ratio), которое равно отношению болометрической светимости дыры к ее эддингтоновскому пределу. Эту безразмерную величину обычно обозначают λEdd. Таким образом, λEdd = Lbol/LEdd (L — стандартное обозначение светимости, luminosity). Для самых ярких квазаров λEdd обычно лишь немногим меньше единицы (теоретически превышать единицу оно не должно, хотя в реальных наблюдениях может определяться со значительными ошибками).
На центральной панели рисунка по вертикальной оси отложен логарифм эддингтоновского отношения (напомню, что это безразмерный параметр), а по горизонтальной оси — логарифм массы дыры, выраженной в единицах солнечной массы. Голубые звездочки представляют древнейшие квазары, а оранжевые и пурпурные кружочки — более молодые квазары из контрольной группы. Видно, что конкретные значения эддингтоновского отношения древнейших квазаров достигаются при значительно больших массах, нежели у квазаров контрольной группы. Верхняя гистограмма характеризует типичные неточности в определении масс квазаров, а правая — неточности в определении λEdd.
В чем же здесь фишка? Астрофизики накопили много данных о спектрах квазаров, которые существовали уже по окончании процесса реионизации. Они показывают, что доля квазаров с ветрами сравнимой силы, чье наблюдаемое излучение демонстрирует красные смещения в диапазоне от двух до четырех, составляет всего лишь от 10 до 17 процентов. Таким образом, самые древние квазары куда чаще бомбардировали межзвездную среду потоками сильно нагретого вещества, нежели квазары из позднейших эпох. Согласно оценке авторов статьи, квазары ранней Вселенной в среднем инжектировали в окружающее пространство как минимум в двадцать раз больше энергии, нежели квазары «всего лишь» с двойным или тройным красным смещением.
Этот вывод, если он подтвердится последующими наблюденияи, имеет важное значение для космологии. Принято считать, что черная дыра в ядре типичной галактики с умеренным или небольшим красным смещением в среднем на три порядка уступает по массе ее балджу. Эта оценка верна и для Млечного Пути: масса «нашей» черной дыры равна 4 миллионам солнечных масс, а масса галактического балджа вместе с перемычкой оценивается в девять миллиардов масс Солнца. Такая корреляция заставляет предположить, что массы внутригалактических черных дыр с не слишком высокими красными смещениями со временем растут приблизительно пропорционально. Этот тип совместной эволюции галактик и их черных дыр принято называть симбиозом — биологическая ассоциация тут достаточно уместна.
Однако подобная корреляция отнюдь не наблюдается для древнейших обитателей Космоса. Хотя точных данных о них пока совершенно недостаточно, результаты уже проведенных наблюдений показывают, что масса центральной дыры может (хотя и не обязана) на порядок превышать массу всей галактики. Так что для этой космической эпохи возможны как минимум еще два сценария: сначала по части роста доминируют черные дыры, которые набирают массу быстрее своих галактик, либо же начальными чемпионами роста оказываются сами галактики.
Рис. 2. Возможные сценарии коэволюции сверхмассивной черной дыры и содержащей ее галактики. Согласно первому сценарию (зеленая стрелка), СМЧД набирает массу опережающими темпами, а галактика позже может наверстать упущенное каким-либо образом (например, стягивая на себя вещество из межгалактического пространства или поглощая менее крупных соседей). Согласно второму сценарию, уже галактика может поначалу набрать огромную массу (синяя стрелка), часть которой впоследствии попадет в СМЧД в ее центре. То есть в этом сценарии черная дыра нагоняет свою галактику. Наконец, возможен и сценарий, в котором набор массы черной дырой и галактикой (или ее балджем) происходит более-менее параллельно. Рисунок из статьи M. Volonteri, 2012. The Formation and Evolution of Massive Black Holes
А что следует из обсуждаемой статьи? Ее авторы показали, что многие черные дыры в активных ядрах галактик ранней Вселенной быстро теряли вещество из своего окружения. Поскольку эти космические ветры-ураганы уменьшали плотность материи вблизи черных дыр, они замедляли темпы аккреции. Тем самым они замедляли увеличение массы черных дыр и одновременно добавляли галактикам барионное вещество, которое могло стать сырьем для рождения звезд. Если всё именно так и было, то сначала дыры росли быстрее звездного населения своих галактик, а позднее темпы роста тех и других более или менее сравнялись на стадии симбиоза.
Разумеется, пока это только предварительное заключение — скорее, даже гипотеза. Для ее проверки потребуются детальные (и весьма длительные) наблюдения спектров древшейших квазаров, которые скорее всего растянутся на много лет. К счастью, скоро начнет действовать Космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который очень поможет этим исследованиям. Потом подключатся наземные супертелескопы следующего поколения, которые сооружаются в настоящее время. Один из таких астрономических инструментов будущего — Чрезвычайно Большой Телескоп с апертурой 39,3 метра, который станет флагманским инструментом Европейской Южной Обсерватории (его сооружение ведется на трехкилометровой высоте на горе Серро-Армасонес в чилийской пустыне Атакама). Вот тогда эта гипотеза будет либо подтверждена, либо опровергнута. Впрочем, не будем загадывать — время покажет.
Источник: M. Bischetti, C. Feruglio, V. D’Odorico, N. Arav, E. Bañados, G. Becker, S. E. I. Bosman, S. Carniani, S. Cristiani, G. Cupani, R. Davies, A. C. Eilers, E. P. Farina, A. Ferrara, R. Maiolino, C. Mazzucchelli, A. Mesinger, R. A. Meyer, M. Onoue, E. Piconcelli, E. Ryan-Weber, J.-T. Schindler, F. Wang, J. Yang, Y. Zhu & F. Fiore. Suppression of black-hole growth by strong outflows at redshifts 5.8–6.6 // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04608-1.
Алексей Левин
Верхняя гистограмма характеризует типичные неточности в определении масс квазаров, а правая — неточности в определении λEdd.Чаво??
А выглядит как просто гистограмма распределения неких эксп.значений... ¬¬
а оранжевые и пурпурные кружочки — более молодые квазарыЧаво2??..
Резалты слоановского обзора (какого?..) в линиях магния и углерода (отличающихся друг от друга..); экскуэр-30 - усреднение (?) по линиям углерода, кремния и азота. И вот такое вот сравнивать друг с дружкой... Такоесебе. :/
Что представляют собой космические ветры-ураганы. Это не джеты, а экваториальные выбросы из окружения черной дыры?
Такие выбросы показаны на Рис. 4 и 5 по данным наблюдений, а также, модификации выбросов на Рис. 15, в том числе с противотоком к аккреционному диску Рис.16. https://maxpark.com/community/603/content/1744738
По теории экваториальные выбросы с противотоком к аккреционному диску должны тормозить аккрецию этого диска. А случае без противотока, если выбросы сильные, сдувать вещество из ближайшего окружения дыры, распределяя его по галактике. Получается некоторое авторегулирование.
-
Можно обойтись без сгустков темной материи.
"Насколько вероятно существование механизма аккреции по 1-2 солнечной массы в год для того, чтобы сверхмассивные чёрные дыры доросли до одного миллиарда масс солнца за 0.5-1 миллиард лет"
Никаких проблем нет. Черные дыры могут "сгребать" газ из межгалактического пространства. В ранней вселенной плотность газа была больше, чем в настоящее время. В результате чего относительно быстро формировались облака газа в центральных областях галактики, которыми дыра затем и питалась.
«Авторегулирование» (очевидное противодействие аккреции за счёт высвобождения энергии в ходе падения в дыру) является очередной проблемой для объяснения механизма образования сверхмассивных чёрных дыр".
Авторегулирование не является проблемой. Черная дыра работает в двух основных режимах. В первом режиме она испускает джет и собирает газ с окрестностей галактики (из областей сверху и снизу плоскости галактики). Когда газа накопится много, переключается во второй режим, в котором поглощает газ через воронки на полюсах. При этом разбрасывает поглощенный газ посредством экваториальных ветров в плоскости галактики. В результате чего образуются звезды и формируются галактики. Часть газа падает в черную дыру. В этом режиме никакого авторегулирования для черной дыры нет. Черная дыра только питается сама и кормит галактику, а джет полностью подавлен.
"Почему этот газ падал при этом в дыру так быстро?"
Черная дыра в ранней вселенной питалась из плотных скоплений газа, которые сама же и формировала. При этом газ падал через полярные воронки сверху и снизу дыры, из этих скоплений газа.-
В космосе у газа есть проблема с «течь» и «упасть», и не важно куда, просто в центр масс газового облака или в чёрную дыру. Для этого нужно терять (излучать, в большинстве случаев) энергию. Учитывая, что аккреция высвобождает огромное количество энергии, процесс «падения» может оказаться очень неэффективным (=недостаточно быстрым для колоссальных масс сверхтяжёлых чёрных дыр).
-
Во втором режиме энергия в окружении черной дыры практически не выделяется (просто газ падает, возможно с некоторой закруткой, через полярные воронки). Края воронок образованы циркуляционными потоками, в виде торов, поверхности которых в воронках двигаются с вместе с аккрецируемым газом в сторону центра черной дыры. Поэтому выделение энергии при такой аккреции не наблюдается. Часть энергии падающего в черную дыру газа, возможно половина, поглощается черной дырой (падает за горизонт событий или застревает около горизонта событий). А другая часть рассеивается в плоскости галактики через экваториальные выбросы (ветры -ураганы), которые затем охлаждаются в результате расширения и конденсируются в звезды.
Экваториальные выбросы чем то напоминают аккреционный диск, только работающий наоборот. Поток газ в котором направлен от черной дыры. -
Наблюдения за квазарами в ранней вселенной показали, что квазары окружены газовыми облаками. В том числе облаками состоящими из газа, образующего межгалактическую среду.
"Международная группа астрономов обнаружила светящиеся газовые облака, окружающие далекие квазары, сообщается в пресс-релизе Европейской Южной обсерватории (ESO). Эти гало, имеются, что особо интересно, у всех исследованных квазаров, зарегистрированы с помощью приемника MUSE, смонтированного на Очень Большом Телескопе ESO. Было показано, что примерно 10% всех изучавшихся квазаров окружены гало, состоящими из газа, образующего межгалактическую среду. Эти гало простираются на расстояния до 300 000 световых лет от своих квазаров. Новое исследование принесло сюрприз: вместо ожидавшихся по статистике двух-трех, протяженные гало были обнаружены вокруг всех 19 наблюдавшихся квазаров. Свойства этих неожиданно обнаруженных объектов резко противоречат современным общепринятым теориям образования галактик в ранней Вселенной."
https://polit.ru/news/2016/10/26/ps_quasars/
Пресс релиз https://www.eso.org/public/russia/news/eso1638/?lang
Текст статьи https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1638/eso1638a.pdf
В статье "Наблюдения в ESO: питание черных дыр во время «космического рассвета» описаны результаты наблюдений скопления холодного газа вокруг некоторых из наиболее ранних галактик во Вселенной. "Эти газовые гало — прекрасное «питание» для сверхмассивных черных дыр в центрах этих галактик, которые мы видим такими, какими они были более 12,5 миллиардов лет назад. Эти «запасы питания» могут объяснить, каким образом сверхмассивные черные дыры смогли вырасти столь быстро за период истории Вселенной, известный под названием «Космический рассвет».
Астрономы в течение долгого времени пытаются понять, как сверхмассивные черные дыры смогли вырасти до столь больших масс в столь ранний период истории Вселенной. "Существование этих ранних «монстров» с массой в несколько миллиардов солнечных масс – большая загадка", - говорит Фарина, который также работает и в Институте астрофизики Макса Планка в Гархинге близ Мюнхена. Ведь это означает, что первые черные дыры, которые могли образоваться при коллапсе первых звезд, должны были вырасти очень быстро. Но до этих пор астрономы так и не находили ‘питательной среды черных дыр’ — газа и пыли — в количествах достаточно больших, чтобы объяснить столь быстрый рост.
Пресс релиз статьи https://www.eso.org/public/russia/news/eso1921/?lang
Текст статьи https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1921/eso1921a.pdf
Также см. https://polit.ru/news/2019/12/20/ps_eso/
Предполагается, что наиболее вероятный сценарий образования расположенных в окрестностях квазаров газовых гало связан с деятельностью квазаров (черных дыр), которые "сгребают" в сторону квазара межгалактический газ.-
Я уже нашёл в Архиве статьи про коллапс темной материи в сверхмассивные черные дыры. Предложили довольно давно…
Наличие газа в большом количестве – это хорошо (статья имеет ценность). Критическая масса для коллапса газа растет пропорционально его температуре в степени 3/2 – эта проблема не решается фактом наличия газа. Ранние сверхмассивные квазары с их мощным излучением и ветрами создают себе проблему объяснения собственного существования (в нашей текущей интерпретации событий прошлого). Поэтому люди продолжают искать возможные механизмы.
«Берут», «текут», «сгребают»… Неважно, какой русский глагол использовать, научная проблема ещё не решена.-
В отношении объяснения коллапса темной материи в черные дыры есть проблемы.
Во первых, темная материя не кучкуется. См. Проблема каспов https://ru.wikipedia.org/wiki/Проблема_каспов. Нет темных звезд. Эти проблемы не решены. И вообще, темная материя состоящая из частиц с положительной массой, не обнаружена несмотря на все усилия. Несмотря на то, что поиск ведется уже более 60 лет.
Во вторых, есть наблюдения, которые свидетельствуют о том, что гипотеза происхождения галактик в ранней вселенной, согласно которой сначала образовались сгущения темной материи, а затем, на месте этих сгущений сформировались галактики - не верна.
Вот здесь приведены исследования, которые ставят под сомнение правильность гипотезы образования галактик на основе скоплений темной материи.
В опубликованной 16 марта 2017г статье в журнале Nature. http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7645/full/nature21685.html
астрономы заявляют, что темная материя почти отсутствовала в первых галактиках Вселенной, возникших после Большого Взрыва, или же она вела себя не так, как в их современных "сестрах".
"Удивительно, но скорость вращения звезд и газа в этих галактиках не является одинаковой для их окраин и центра – она уменьшается при движении к их периферии. Это означает, что или в них доминировала обычная, а не темная материя, или же потоки газа в них были гораздо более активными и турбулентными, чем в их современных "кузинах", — заявил Райнхард Генцель (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Общества Макса Планка в Гархинге (Германия).»
«Более того, дальнейшие наблюдения и теоретические расчеты показали, что в центральной части этих галактик фактически нет темной материи, или содержится ее крайне малое количество. Это открытие, с одной стороны, укладывается в другие наблюдения за ранней Вселенной, но, с другой стороны, оно указывает на то, что галактики сформировались раньше, чем в них скопилась темная материя, что не полностью соответствует текущим представлениям о ее поведении и распределении.»
См. https://www.eso.org/public/russia/news/eso1709/?lang
Также https://polit.ru/article/2017/03/16/ps_eso/
Исследования были проведены при помощи телескопа VLT в высокогорной обсерватории Параналь в Чили.
Характер такого распределения темной материи описан в статье https://www.eso.org/public/russia/news/eso1642/?lang "Анализ нового крупномасштабного обозрения галактик, выполненного на обзорном телескопе ESO VLT в Чили, показывает, что темная материя, возможно, является менее плотной и более однородно распределенной в пространстве, чем ранее думали, сообщается в пресс-релизе Европейской Южной обсерватории."
Т.е. сгущения темной материи в галактиках в ранней вселенной были выражены в меньшей степени, чем в настоящее время. Темная материя в большей степени была равномерно распределена по пространству.
"Получается, что спустя 3-4 миллиарда лет после Большого Взрыва газ в галактиках успел сконцентрироваться в плоские вращающиеся диски, а темная материя образовывала вокруг них сферические гало, гораздо более протяженные, чем гало вокруг нынешних галактик. И по-видимому прошли еще миллиарды лет, прежде чем темная материя сконденсировалась до такой степени, чтобы ее влияние стало сказываться на скоростях вращения внешних областей современных галактических дисков."
Поэтому плотность темной материи в зародышах галактик, во время когда формировались галактики была низкой и, не могла оказывать существенного влияния на процесс их образования. Поэтому тезис, что в начале образовались сгущения темной материи, а потом галактики - ставиться под большое сомнение.
Также см. статью "Черные дыры ставят под сомнение природу темной материи" в которой утверждается, что черные дыры не поглощают темную материю.
https://www.mk.ru/science/news/2010/03/23/453223-chernyie-dyiryi-stavyat-pod-somnenie-prirodu-temnoy-materii.html
На основе наблюдений, результаты которых опубликованы в приведенных выше статьях, можно сделать вывод, что формирование облаков газа вблизи квазаров в ранней вселенной не связано с темной материей, т.к. плотность темной материи в галактиках в ранней вселенной была низкой. И что сверхмассивные черные дыры не могли образоваться в результате коллапса темной материи.
> "Ранние сверхмассивные квазары с их мощным излучением и ветрами создают себе проблему объяснения собственного существования (в нашей текущей интерпретации событий прошлого)."
Мне не совсем понятно, что Вы понимаете под "мощным излучением" и "ветрами". Пожалуйста подробнее поясните физику эти явлений. Также, что значит "в нашей текущей интерпретации событий прошлого" В какой интерпретации? Есть много интерпретаций.-
Коллапс на миллион масс солнца описывают как вероятное (гипотетическое) событие в области сгущения барионной материи в ранней вселенной. Чтобы из этой чёрной дыры получить объект массой в миллиард, ему нужно вырасти в тысячу раз, хотя окрестность с низким орбитальным моментом уже сколлапсировала. Новый приток материи должен лететь прицельно в дыру (довольно маленькую геометрически) ещё на тысячу таких же масс, или, что более вероятно, будет просто вращаться вокруг дыры. Для его «падения» (потери момента вращения и гравитационной устойчивости) газ должен эффективно остывать, но квазар – это самый мощный источник излучения во вселенной, и его излучаемая энергия противодействует остыванию газа вокруг… Плавного роста массы квазаров с уменьшением красного смещения ещё не нашли. Значит, как они росли, мы не знаем.
В общем, то, о чем я пишу, упомянуто и в абстракте самой статьи: « How these black holes formed in such a short time is the subject of debate, particularly as they lie above the correlation between black-hole mass and galaxy dynamical mass»…-
"Коллапс на миллион масс солнца описывают как вероятное (гипотетическое) событие в области сгущения барионной материи в ранней вселенной."
Хотелось бы, чтобы были приведены аргументы в пользу этой гипотезы. Например, данные наблюдений. Сходу видятся следующие контр аргументы. При образовании черных дыр относительно небольшой массы наблюдаются выбросы в виде сверхновых весьма большой мощности, в том числе сопровождающиеся излучением электромагнитных волн с широким спектром, включая рентгеновское излучение. Предположительно, мощность взрывов при образовании сверхмассивных черных дыр должна быть в миллион раз больше. Несмотря на громадные расстояния эти взрывы должны быть видны. Помимо этого, при взрыве гипер сверхновой, из окружающего пространства сверхмассивной черной дыры должен быть сметен весь газ, который необходим для создания галактик. Дополнительно, совсем не очевидно, что большое облако водорода сможет коллапсировать. При сжатии газ должен нагреваться, что замедляет падение. Также следует учесть, что в молодой вселенной газ должен иметь более высокую изначальную температуру чем сейчас. И чем ближе к большому взрыву тем выше эта температура. Здесь, конечно, необходимы расчеты.
Также необходимо объяснить, как образовались галактики, которые затем росли вместе со сверхмассивными черными дырами. На строительство галактик необходимо не меньше газа чем для сверхмассивных черных дыр. -
В статье в Scince Daily " Большое моделирование находит новое происхождение сверхмассивных черных дыр" (2020 год), написано
"Компьютерное моделирование, проведенное астрофизиками, выявило новую теорию происхождения сверхмассивных черных дыр. В этой теории предшественники сверхмассивных черных дыр растут, поглощая не только межзвездный газ, но и более мелкие звезды. Это помогает объяснить большое количество сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых сегодня. Эта новая модель показывает, что не только первичный газ, но и газ, содержащий тяжелые элементы, может образовывать гигантские звезды, которые являются семенами черных дыр."
"Популярной теорией является модель прямого коллапса, в которой первичные облака межзвездного газа коллапсируют под действием самогравитации, образуя сверхмассивные звезды, которые затем превращаются в сверхмассивные черные дыры. Но предыдущие исследования показали, что прямой коллапс работает только с нетронутым газом, состоящим только из водорода и гелия. Более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород, изменяют газовую динамику, заставляя коллапсирующий газ фрагментироваться на множество меньших облаков, которые образуют собственные маленькие звезды, а не несколько сверхмассивных звезд. Прямой коллапс из первозданного газа сам по себе не может объяснить большое количество сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых сегодня." (Direct collapse from pristine gas alone can't explain the large number of supermassive blackholes seen today.)
"Моделирование привело к образованию массивной звезды в 10 000 раз массивнее Солнца." "Мы считаем, что образовавшаяся таким образом гигантская звезда будет продолжать расти и развиваться в гигантскую черную дыру ", - говорит Чон."
www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200602110054.htm
Из это статьи следует, что в случае наличия тяжелых элементов в первозданном газе состоящем из водорода и гелия может образоваться множество массивных звезд массой 10000 раз массивнее Солнца, из которых потом образуются черные дыры. Эти дыры затем должны расти. С другой стороны прямой коллапс в черную дыру из первозданного газа состоящего из водорода и гелия сам по себе не может объяснить образование большого количество сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых сегодня.
-
-
-
-
-
-
Последние новости
Рис. 1. Двойной квазар (Q0957+561) — две яркие точки в центре изображения. Сам квазар находится от нас на расстоянии ~8,7 млрд св. лет (z = 1,41). Раздвоение происходит из-за гравитационного линзирования на скоплении галактик, лежащих между нами и квазаром на расстоянии ~3,7 млрд св. лет (z =0,355). Самый крупный член скопления — гигантская эллиптическая галактика YGKOW G1 — находится почти точно на оси зрения и виден на этом фото как размытое пятно между двумя изображениями квазара. Квазар был открыт в 1979 году и стал первым известным примером гравитационной линзы (сам эффект линзирования следует из ОТО и был предсказан Эйнштейном в 1936 году, см. A. Einstein, 1936. Lens-Like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field). Более поздние наблюдения показали, что в данном случае линзирование устроено так, что свет, формирующий один из «портретов» квазара, идет до нас примерно на 1,1 года дольше, чем свет, формирующий второй «портрет». Обратите внимание, что каждое из изображений более далекого квазара по яркости сравнимо с гораздо более близкой гигантской галактикой. Фото с сайта esahubble.org