Новая работа международной группы астрономов уточняет, в каких условиях в молодой Вселенной могли появиться тяжелые зародыши сверхмассивных черных дыр. Такая схема нужна, чтобы объяснить наблюдения James Webb: телескоп видит очень далекие галактики и компактные активные источники, которым меньше миллиарда лет после Большого взрыва, но их черные дыры уже слишком массивны для медленного роста из обычных остатков звезд.
Один из вариантов решения называется прямым коллапсом. В нем крупное облако первичного газа в ранней галактике не дробится на множество звезд, а быстро падает к центру и сразу образует черную дыру большой массы. Это не отменяет последующего роста за счет аккреции и слияний, но дает объекту гораздо более крупный стартовый капитал.
Команда под руководством Алессандро Тринки из Эдинбургского университета смоделировала историю слияния гало темной материи и связала ее с полуаналитической моделью формирования черных дыр и эволюции галактик. Исследователи искали области с повышенной плотностью вещества, где много газа, пыли, звезд и соседних структур. Именно такие районы должны были чаще создавать условия для прямого коллапса.
Расчеты показывают, что тяжелые зародыши могли возникать уже около 13,64 млрд лет назад, то есть менее чем через 500 млн лет после Большого взрыва. Затем окно возможностей быстро сужалось: первые звезды обогащали межгалактическую среду тяжелыми элементами, и газ легче охлаждался и дробился на обычные звезды, а не схлопывался целиком в массивную черную дыру.
Практический вывод работы связан с будущими обзорами JWST. Если прямой коллапс действительно шел в плотных областях ранней Вселенной, рядом с высококрасносмещенными квазарами должны встречаться популяции слабых активных галактических ядер, потомков таких ранних зародышей. Их поиск даст проверку модели и поможет понять, как Вселенная так быстро вырастила первые сверхмассивные черные дыры.
