До недавнего времени считалось, что сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной росли исключительно за счет неограниченного поглощения окружающего вещества. Однако новые космологические симуляции, воспроизводящие условия вскоре после Большого взрыва, позволили астрофизикам выявить, что этот процесс происходил в два различных этапа.

Формирование первых черных дыр

Первые звезды и галактики появились примерно через 400–800 миллионов лет после возникновения Вселенной. В этот же период, известный как эпоха реионизации, начали формироваться сверхмассивные черные дыры (СМЧД), масса которых достигала миллионов и даже миллиардов солнечных масс. Несмотря на это, точные причины столь быстрого роста этих объектов оставались неясными.

Новые данные о росте черных дыр

Международная команда исследователей под руководством Цзыён Ву из Чжэцзянского университета (Китай) с помощью космологических симуляций проследила за формированием сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Результаты их работы, опубликованные на сервере препринтов Корнеллского университета, показали, что черные дыры увеличивали свою массу постепенно, а не за счет стремительного поглощения вещества, как предполагали предыдущие модели.

Два этапа эволюции

Когда масса черной дыры достигала примерно тысячи солнечных масс, начинался короткий, но крайне интенсивный период аккреции — поглощения вещества, скорость которого примерно в три раза превышала предел Эддингтона (максимально устойчивую скорость «питания» черной дыры). За несколько десятков миллионов лет масса черной дыры могла увеличиться до 10⁴–10⁵ солнечных масс, независимо от интенсивности вспышек сверхновых и других механизмов обратной связи.

Однако мощное излучение и выброс энергии нагревали окружающий газ, выталкивая его из центра галактики. К тому моменту, когда масса черной дыры достигала около 100 000 солнечных масс, поступление вещества замедлялось, и рост практически останавливался. Тем не менее, спустя несколько сотен миллионов лет такие черные дыры догоняли и даже превосходили объекты, которые изначально росли за счет сверхэддингтоновской аккреции. Таким образом, медленный, но стабильный рост оказался эффективнее быстрого «старта».

Новое понимание происхождения сверхмассивных черных дыр

Эти результаты могут изменить представления о формировании черных дыр в эпоху реионизации. Новая модель показывает, что стремительный рост на ранних этапах не определяет их конечные размеры. Сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», могли сформироваться благодаря устойчивому эддингтоновскому «питанию», продолжающемуся сотни миллионов лет.