Современные сверхмассивные чёрные дыры, чья масса достигает миллиардов солнечных, по мнению астрофизиков, выросли в ходе долгого процесса последовательных слияний. Но откуда взялись их "семена"? Ответ, возможно, даёт новое исследование, опубликованное в журнале Astronomy and Astrophysics под руководством Виолы Бокки из Римского университета Сапиенца.

Речь идёт о промежуточных чёрных дырах - объектах массой примерно от 100 до 100 тысяч солнечных масс. Прямых наблюдений таких дыр пока мало, но они постепенно накапливаются. Например, в 2020 году гравитационные волны - колебания пространства-времени, возникающие при слиянии массивных объектов, - показали слияние двух чёрных дыр массами 85 и 66 солнечных масс в объект около 142 солнечных масс. А в 2024 году движение быстрых звёзд в центре шарового скопления Омега Центавра указало на присутствие там чёрной дыры массой около 8200 солнечных.

Авторы новой работы обратили внимание на два древних объекта, которые телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST) наблюдал благодаря гравитационному линзированию - эффекту, при котором гравитация крупной галактики на переднем плане искривляет и усиливает свет далёкого объекта. Это дуга Cosmic Gems, свет от которой шёл около 460 миллионов лет после Большого взрыва, и галактика Firefly Sparkle, видимая примерно через 600 миллионов лет после него.

В дуге Cosmic Gems телескоп обнаружил пять плотных молодых массивных скоплений, а в Firefly Sparkle - десять. Учёные построили модель, описывающую так называемые убегающие столкновения звёзд, при которых в плотном скоплении светила сталкиваются и сливаются, образуя всё более массивный объект, и учли потерю массы из-за звёздных ветров. Проверку модели провели на прямых численных симуляциях компактных скоплений.

Расчёты показали, что в скоплениях Cosmic Gems могли родиться чёрные дыры массой от 1600 до 2700 солнечных. Ключевую роль сыграла низкая металличность - содержание элементов тяжелее гелия: она ограничивает потерю массы под действием звёздных ветров и позволяет "зародышу" расти. В Firefly Sparkle скопления крупнее по радиусу и менее плотные, поэтому там ожидаются меньшие массы - примерно от 180 до 810 солнечных.

Авторы подчёркивают: это не наблюдение промежуточных чёрных дыр, а моделирование среды, где они могли бы формироваться. Многие свойства скоплений, включая вращение и внутреннюю структуру, неизвестны и могут изменить оценки. Тем не менее исследователи заключают, что плотные бедные металлами скопления могли быть "фабриками" тяжёлых семян, из которых в ранней Вселенной вырастали сверхмассивные чёрные дыры.

Источник: Phys.org