Шантану Басу и Арпан Дас из Западного отдела физики и астрономии разработали объяснение наблюдаемого распределения масс и светимости сверхмассивных черных дыр, которому ранее не было научного объяснения. Результаты были опубликованы сегодня Astrophysical Journal Letters.
Модель основана на очень простом предположении: сверхмассивные черные дыры образуются очень, очень быстро в течение очень, очень коротких периодов времени, а затем внезапно прекращаются.
Это объяснение контрастирует с нынешним пониманием того, как образуются черные дыры звездной массы, то есть они возникают, когда центр очень массивной звезды коллапсирует сам на себя.
«Это косвенное наблюдательное свидетельство того, что черные дыры возникают в результате прямого коллапса, а не из остатков звезд», – говорит Басу, профессор астрономии из Western, всемирно признанный эксперт на ранних стадиях звездообразования и эволюции протопланетного диска.
Басу и Дас разработали новую математическую модель, вычислив функцию масс сверхмассивных черных дыр, которые образуются в течение ограниченного периода времени и претерпевают быстрый экспоненциальный рост массы. Рост массы может регулироваться пределом Эддингтона, который задается балансом сил излучения и гравитации, или даже может превосходить его в умеренном размере.
«У сверхмассивных черных дыр был лишь короткий период времени, когда они могли быстро расти, а затем в какой-то момент из-за всего излучения во Вселенной, созданного другими черными дырами и звездами, их производство было остановлено», – объясняет Басу. "Это сценарий прямого коллапса."
В течение последнего десятилетия многие сверхмассивные черные дыры, которые в миллиард раз массивнее Солнца, были обнаружены на высоких «красных смещениях», что означает, что они существовали в нашей Вселенной в течение 800 миллионов лет после Большого взрыва. Присутствие этих молодых и очень массивных черных дыр ставит под сомнение наше понимание образования и роста черных дыр. Сценарий прямого коллапса допускает начальные массы, которые намного больше, чем подразумевается в стандартном сценарии звездного остатка, и может иметь большое значение для объяснения наблюдений.
Этот новый результат свидетельствует о том, что такие черные дыры с прямым коллапсом действительно были созданы в ранней Вселенной.
Басу считает, что эти новые результаты могут быть использованы в будущих наблюдениях, чтобы сделать вывод об истории образования чрезвычайно массивных черных дыр, существовавших в очень ранние времена в нашей Вселенной.