Ученые считают, что сверхмассивные черные дыры первыми появились во Вселенной. Но как это могло произойти, если долгое время в ранней Вселенной не было звезд, из которых они могли родиться?
Если говорить в общем смысле, во Вселенной существует два вида черных дыр. Первый – это черные дыры звездной массы и относительно небольшого размера. Они рождаются в результате гибели старых звезд. Притягивая с помощью гравитации и поглощая газ, другие звезды и прочую материю космоса они превращаются в сверхмассивные черные дыры (второй вид) – существенно более крупные и массивные объекты.

Как выглядят сверхмассивные черные дыры

Взгляните на картинку ниже. На ней показана одна из самых больших (сверхмассивных) черных дыр в нашей Вселенной. Ее масса составляет 14% от массы всей галактики, в которой она находится. Это миллиарды солнечных масс. Посмотрите, как на ее фоне выглядят размеры орбит Нептуна (самой дальней планеты Солнечной системы) и орбиты Земли. В астрономии расстояния принято считать световыми годами, месяцами, неделями, сутками, часами и минутами. Если кратко – это все расстояния, которые проходит свет за один земной год (месяцы, недели и так далее).


На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнечных масс, которыми могут похвастаться многие аналогичные сверхмассивные черные дыры, может уйти очень много времени. Тем не менее, уже находились черные дыры, которые появились удивительно рано. Известны такие объекты, которые появились спустя 800 и даже 690 миллионов лет после Большого взрыва, когда звезд во Вселенной было еще очень мало.

Как появились первые черные дыры во Вселенной

Сложно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок. Эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. И для ее решения было предложено множество различных гипотез. Исследователи считают, если мы разберемся в том, как могли образоваться первые и самые древние черные дыры, мы сможем лучше понять, какой была Вселенная задолго до начала существования нашей Солнечной системы. Ученые планируют продолжать изучение того, как именно слияние миллионов черных дыр и звезд могло привести к появлению самых древних сверхбольших черных дыр.
Однако исследователи из Университета Западного Онтарио считают, что первые черные дыры могли появиться в результате «прямого коллапса» — не из звезд, а из плотных скоплений газа в центрах первых галактик, находившихся в процессе своего формирования. Разогреваясь и интенсивно излучая радиацию, такие скопления блокировали появление молодых звезд во все более обширном пространстве космоса.
Наличие огромного количества свободной материи (газа и пыли) позволило этим скоплениям очень быстро набрать критическую массу и плотность. После этого они коллапсировали, оставив после себя черные дыры массой в десятки и сотни тысяч солнц.
Гравитация может стягивать газ ровно до того момента, пока вокруг черной дыры не начнет накапливаться вещество, образуя горячий диск, излучающий интенсивную радиацию и отталкивающий приходящий газ, таким образом прекращая рост черной дыры. Это называется пределом Эддингтона.
Ученые из Университета Западного Онтарио предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться очень быстро. Исследователи поясняют, что излучение новорожденных звезд и других дыр вскоре достигло критического предела. В результате этого «прямой коллапс» новых сверхмассивных дыр стал невозможен.

Черные дыры по-прежнему хранят очень много тайн, разгадка которых, как считают ученые, может содержать ответы о том, как появилась и развивалась Вселенная, в которой мы живем

Несколько месяцев назад была опубликована первая в истории настоящая фотография тени черной дыры. Сразу в нескольких пресс-центрах в мире прошли презентации результатов работы проекта Event Horizon Telescope – виртуального радиотелескопа размером с Землю. На них ученые впервые в истории показали первые настоящие снимки так называемой тени черной дыры в центре сверхгигантской галактики Messier 87 (M87). Одна из таких презентаций проходила в Национальном пресс-центре в Вашингтоне, где снимки объекта демонстрировал сам глава проекта Event Horizon Telescope Шеп Доулман.
«Мы смогли увидеть то, что никому раньше не удавалось», — прокомментировал Доулман, выступавший на историческом мероприятии в столице США.
«Я никогда не верил в то, что черная дыра в галактике M87 обладает столь большими размерами, как показывали наши расчеты. Когда я увидел эту фотографию, я воочию убедился в этом. Кольцо огня, которое можно увидеть на этом снимке — порождено огромной силой гравитации этого объекта», — заявил на пресс-конференции в стенах штаб-квартиры Еврокомиссии в Брюсселе Хайно Фальке из Университета Неймегена (Нидерланды), один из участников проекта Event Horizon Telescope.
Большинство современных астрономов считает, что в центре всех галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Эти объекты, обладающие массой в миллионы и миллиарды солнечных, непрерывно притягивающие и поглощающие любую материю. Ее часть «пережевывается» черной дырой и выбрасывается в виде релятивистских струй (джетов) – тонких пучков плазмы, разогнанной до околосветовых скоростей.


В нашей галактике, а также в ряде других эта центральная черная дыра находится в неактивном состоянии — она не выбрасывает джеты. Ученые долгое время пытаются выяснить, когда она «заснула» и насколько активной была в прошлом. Кроме того, астрофизики хотели бы узнать, как эта активность влияла на жизнь звезд в центре нашей галактики и на ее окрестностях.

Загадку пытаются решить при помощи гигантского виртуального интерферометра Event Horizon Telescope. Это сеть объединенных между собой очень чувствительных радиообсерваторий, расположенных в разных локациях нашей планеты, включая Южный полюс Земли. Его подготовка началась более 10 лет назад

Объединение мощностей телескопов позволило ученым достичь разрешения, превышающего чувствительность космического телескопа «Хаббл» в тысячу раз и получить первые данные по самым ближайшим окрестностям центральной черной дыры галактики М87, расположенной в созвездии Девы. Объект обладает массой 6,5 миллиарда солнечных и расположен примерно в 53,5 миллионах световых лет от нас. В ходе работы ученые также начали изучение структуры тех областей черной дыры, где рождаются джеты и связанные с ними выбросы радиоизлучения. Полученные изображения и данные были опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.