Някои черни дупки са толкова стари, че ни е трудно да ги обясним

Свръхмасивните черни дупки (СМЧД) са трудни за обяснение. Смята се, че тези гигантски гравитационни сингулярности се намират в центъра на всяка голяма галактика (нашият Млечен път също има такава), но тяхното присъствие не винаги намира лесно обяснение.

Доколкото знаем, черните дупки се формират, когато гигантските звезди се разрушават. Но подобно обяснение не е валидно във всички случаи.

Хипотезата за звездния колапс върши доста добра работа като обяснение при повечето черни дупки. Според тази хипотеза, звезда, която е поне пет пъти по-масивна от нашето Слънце, започва да изчерпва горивото си към края на своя живот. Тъй като външният натиск на ядрения синтез е това, което го държи срещу вътрешната гравитация от собствената маса, когато горивото привърши, нещо трябва да се случи. Звездата претърпява хипернова експлозия и се разрушава. От нея остава черна дупка. Астрофизиците смятат, че СМЧД започват по този начин и нарастват до огромните си размери, „хранейки се” с други неща. Те набъбват по размер и застават в центъра на тежестта си подобно на паяк, хранещ се в средата на паяжината си.

Проблемът при такова обяснение на явлението е, че този процес отнема твърде дълго време.

Във Вселената учените са наблюдавали черни дупки, които са много древни. През март тази година група астрономи обявиха откриването на 83 черни дупки, толкова стари, че са предизвикателство за нашите разбирания.


РЕКЛАМА:

***

През 2017 изследователите откриха черна дупка с тегло 800 млн. пъти това на слънчевата маса, която е била напълно оформена само 690 млн. години след Големия взрив. Тя възниква в ранните етапи от формирането на Вселената преди да има време да прерастне в супермасивна черна дупка.

Много от тези СМЧД са милиарди пъти по-масивни от Слънцето. Те би трябвало да са били формирани през първите 800 млн.години след Големия взрив. Но това не е достатъчно време, за да могат да бъдат обяснени с модела на звездния колапс. Въпросът, пред който са изправени астрономите, е как тези черни дупки са станали толкова големи за толкова кратко време?

Двама изследователи от Западния университет в Онтарио, Канада смятат, че имат обяснение. Те издигат нова хипотеза, наречена „директен колапс”, която обяснява тези невероятно древни СМЧД.

Докладът им, озаглавен „The Mass Function of Supermassive Black Holes in the Direct-collapse Scenario“, е публикуван в The Astrophysical Journal Letters.

Авторите на изследването са Шантану Басу (Shantanu Basu) и Арпан Дас (Arpan Das). Басу,професор по астрономия в Западния университет, е и признат експерт по ранните етапи на формиране на звезди и на еволюцията на протопланетния диск. Дас също е от Департамента по физика и астрономия към Западния университет. Тяхната хипотеза за директен колапс твърди, че древните свръхмасивни черни дупки се формират изключително бързо за много кратки периоди от време. След което внезапно спират да нарастват.

Двамата разработват нов математически модел, за да обяснят тези древни бързоформиращи се черни дупки. Те казват, че Границата на Едингтън, която е баланс между външната радиационна сила на звездата и вътрешната ѝ гравитационна сила, играе своята роля.

В тези черни дупки с директен колапс Границата на Едингтън регулира растежа на масата и учените твърдят, че тези СМЧД дори могат да превишат тази граница с малка стойност в нещо, което те наричат СуперЕдингтънова акреция. След което вследствие на радиацията, произведена от други звезди и черни дупки, тяхното нарастване се преустановява.

„Свръхмасивните черни дупки са имали само кратък период от време, в който са можели да растат бързо и след това в някакъв момент поради цялата радиация във Вселената, създадена от други звезди и черни дупки, техният растеж е спрял” – обяснява Басу в съобщение за пресата.„Това именно е сценарият за директен колапс.”

Това е косвено доказателство на база извършените наблюдения, че черните дупки произлизат от директни разрушавания, а не от звездни остатъци”, казва Басу.

Новата хипотеза дава успешно обяснение на въпрос, затруднявал досега астрономите. Басу вярва, че тези нови резултати могат да бъдат използвани в бъдещи наблюдения, за да се изясни напълно историята на формирането на свръхмасивните черни дупки, съществуващи от древни времена в нашата Вселена.

Оригиналната статия е публикувана в Universe Today.

Превод: Елена Страхилова

Източник: ScienceAlert

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: