Наблюдения космического телескопа James Webb указывают на существование массивных чёрных дыр уже через 800 миллионов лет после Большого взрыва, что кажется противоречащим стандартным моделям формирования галактик. Учёные столкнулись с вопросом: как сверхмассивные объекты могли так быстро достичь миллиардных масс Солнца и засветиться в виде ярких квазаров, если традиционные источники роста — аккреция газа и слияния — развиваются гораздо медленнее?
Тёмная материя, занимая роль невидимого строительного блока Вселенной, уже давно воспринималась как сугубо гравитационный участник космических процессов. Однако столь раннее появление сверхмассивных чёрных дыр не объясняется стандартной гравитационной моделью: в рамках классических подходов темп роста не успевает достичь миллиардных солнечных масс за столь короткий интервал времени.
Последние данные от James Webb, включая «маленькие красные точки», указывают на невиданные ранние квазары. Учёные предлагают идею, что менее 10% тёмной материи может быть «ультра-самовзаимодействующей» — то есть способной к гораздо более интенсивному взаимному рассеянию частиц, чем в стандартных сценариях. Такая теория предполагает более активное скучивание тёмной материи в центральных областях галактик и формирование «семян» будущих сверхмассивных чёрных дыр.
При высокой плотности в ядрах галактических гало начинается быстрый процесс коллапса. По словам аспиранта Калифорнийского университета в Санта-Крузе Гранта Робертса: «Взаимодействие тёмной материи само по себе необходимо, потому что частицам тёмной материи нужен механизм рассеяния, гораздо более сильный, чем просто гравитация. Это рассеяние заставляет тёмную материю скапливаться в центральных регионах галактики, что позволяет образовываться семенам сверхмассивных чёрных дыр».
Теорию уже проверили на трёх известных квазарах с корректно измеренными параметрами массы и возраста. Такие объекты позволяют напрямую калибровать, какой должна быть доля ультра-самовзаимодействующей тёмной материи, а также насколько сильным может быть её рассеяние. Робертс отметил: «Что делает нашу модель более привлекательной, так это возможность напрямую определить, насколько сильно это самовзаимодействие, а также насколько мала должна быть эта фракция, исходя из возраста и массы наблюдаемых сверхмассивных чёрных дыр».
Гипотеза также предсказывает наличие чёрных дыр промежуточной массы в карликовых галактиках. Учёные полагают, что при будущих наблюдениях можно будет проверить эту идею, если удастся точно измерить массы подобных объектов. «Если телескопы смогут наблюдать эти карликовые галактики и определить массу их чёрных дыр, мы сможем напрямую сравнить результаты с нашими расчётами», — пояснил Робертс.
Среди связанных вопросов астрономы упоминают «5 удивительных фактов о Большом взрыве, который определяет историю Вселенной» и возможность использования гравитационных волн как «космического теста ДНК» для чёрных дыр. Наблюдения показывают, что некоторые сверхмассивные объекты в «маленьких красных точках» оказываются в тысячу раз крупнее ожидаемого. Также ведутся проекты по детальному мониторингу первого когда-либо полученного изображения чёрной дыры, чтобы отследить движение материи вокруг неё.
Исследование представили 14 января в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Авторы планируют продолжить работу, используя новые находки James Webb для уточнения ключевых параметров модели, включая силу самовзаимодействия и долю «ультра-самовзаимодействующей» субкомпоненты. Робертс подчеркнул: «С появлением ещё более древних сверхмассивных чёрных дыр, которые находит James Webb, мы сможем накладывать более жёсткие ограничения на параметры нашей модели. Когда таких объектов станет больше, нас будет интересовать, как наши новые модели повлияют на предсказания масс и частот чёрных дыр промежуточной массы во Вселенной».
Изображение носит иллюстративный характер
Тёмная материя, занимая роль невидимого строительного блока Вселенной, уже давно воспринималась как сугубо гравитационный участник космических процессов. Однако столь раннее появление сверхмассивных чёрных дыр не объясняется стандартной гравитационной моделью: в рамках классических подходов темп роста не успевает достичь миллиардных солнечных масс за столь короткий интервал времени.
Последние данные от James Webb, включая «маленькие красные точки», указывают на невиданные ранние квазары. Учёные предлагают идею, что менее 10% тёмной материи может быть «ультра-самовзаимодействующей» — то есть способной к гораздо более интенсивному взаимному рассеянию частиц, чем в стандартных сценариях. Такая теория предполагает более активное скучивание тёмной материи в центральных областях галактик и формирование «семян» будущих сверхмассивных чёрных дыр.
При высокой плотности в ядрах галактических гало начинается быстрый процесс коллапса. По словам аспиранта Калифорнийского университета в Санта-Крузе Гранта Робертса: «Взаимодействие тёмной материи само по себе необходимо, потому что частицам тёмной материи нужен механизм рассеяния, гораздо более сильный, чем просто гравитация. Это рассеяние заставляет тёмную материю скапливаться в центральных регионах галактики, что позволяет образовываться семенам сверхмассивных чёрных дыр».
Теорию уже проверили на трёх известных квазарах с корректно измеренными параметрами массы и возраста. Такие объекты позволяют напрямую калибровать, какой должна быть доля ультра-самовзаимодействующей тёмной материи, а также насколько сильным может быть её рассеяние. Робертс отметил: «Что делает нашу модель более привлекательной, так это возможность напрямую определить, насколько сильно это самовзаимодействие, а также насколько мала должна быть эта фракция, исходя из возраста и массы наблюдаемых сверхмассивных чёрных дыр».
Гипотеза также предсказывает наличие чёрных дыр промежуточной массы в карликовых галактиках. Учёные полагают, что при будущих наблюдениях можно будет проверить эту идею, если удастся точно измерить массы подобных объектов. «Если телескопы смогут наблюдать эти карликовые галактики и определить массу их чёрных дыр, мы сможем напрямую сравнить результаты с нашими расчётами», — пояснил Робертс.
Среди связанных вопросов астрономы упоминают «5 удивительных фактов о Большом взрыве, который определяет историю Вселенной» и возможность использования гравитационных волн как «космического теста ДНК» для чёрных дыр. Наблюдения показывают, что некоторые сверхмассивные объекты в «маленьких красных точках» оказываются в тысячу раз крупнее ожидаемого. Также ведутся проекты по детальному мониторингу первого когда-либо полученного изображения чёрной дыры, чтобы отследить движение материи вокруг неё.
Исследование представили 14 января в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Авторы планируют продолжить работу, используя новые находки James Webb для уточнения ключевых параметров модели, включая силу самовзаимодействия и долю «ультра-самовзаимодействующей» субкомпоненты. Робертс подчеркнул: «С появлением ещё более древних сверхмассивных чёрных дыр, которые находит James Webb, мы сможем накладывать более жёсткие ограничения на параметры нашей модели. Когда таких объектов станет больше, нас будет интересовать, как наши новые модели повлияют на предсказания масс и частот чёрных дыр промежуточной массы во Вселенной».
