Астрофизики нашли возможные места рождения промежуточных чёрных дыр, которые могли стать «тяжёлыми семенами» для сверхмассивных чёрных дыр. Исследование основано на наблюдениях JWST молодых плотных звёздных скоплений в галактиках Cosmic Gems и Firefly Sparkle, существовавших менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.
Скопления в ранней Вселенной
Сверхмассивные чёрные дыры, масса которых может достигать миллиардов масс Солнца, предположительно растут в ходе последовательных слияний и поглощения вещества. Их исходными «семенами» могли быть чёрные дыры звёздных масс или более крупные промежуточные чёрные дыры — объекты массой примерно от 100 до 100 000 масс Солнца.
Однако непосредственных свидетельств существования промежуточных чёрных дыр пока мало. Новая работа, опубликованная в Astronomy & Astrophysics, показывает, что плотные молодые звёздные скопления могли создавать такие объекты через цепочку столкновений массивных звёзд.
JWST обнаружил пять молодых массивных скоплений в линзированной галактике Cosmic Gems. Телескоп наблюдал её свет такой, какой галактика была примерно через 460 млн лет после Большого взрыва. В другой линзированной галактике, Firefly Sparkle, существовавшей примерно через 600 млн лет после Большого взрыва, были найдены десять подобных скоплений.
Наиболее массивные семена — в Cosmic Gems
Исследователи оценили возможные массы промежуточных чёрных дыр с помощью модели, учитывающей стремительные столкновения звёзд и потерю вещества из-за звёздного ветра. Затем результаты сопоставили с прямыми моделями динамики компактных скоплений.
Скопления в Cosmic Gems оказались наиболее перспективными: расчётная масса чёрных дыр составила от 1600 до 2700 масс Солнца. Их радиус, содержащий половину массы скопления, был около 1 парсека. Высокая плотность облегчала столкновения, а низкая металличность — не более 2% солнечной — помогала удерживать массу, поскольку звёздный ветер был слабее.
У скоплений Firefly Sparkle радиусы были больше — примерно 4–6 парсеков, а общая масса обычно составляла от 100 000 до 1 млн масс Солнца. Поэтому их ядра были менее плотными, а предполагаемые чёрные дыры имели массу от 180 до 810 масс Солнца.
JWST не наблюдал сами промежуточные чёрные дыры: выводы основаны на моделировании. Кроме того, исследователи пока не знают точную внутреннюю структуру и вращение скоплений, а также распределение масс их звёзд. Эти неизвестные параметры могут изменить оценки, в том числе уменьшить возможные массы чёрных дыр.
Тем не менее работа указывает на правдоподобный механизм формирования «тяжёлых семян», способных со временем вырасти в сверхмассивные чёрные дыры ранней Вселенной. Авторы также считают, что такие скопления могли быть источниками семян для сверхмассивных чёрных дыр, связанных с загадочными «маленькими красными точками», обнаруженными JWST.
