Ранние черные дыры могли по разному влиять на рождение звезд

Через несколько миллисекунд после Большого взрыва во Вселенной воцарился явный хаос. В то время как частицы сливались и снова распадались, через ранний космос пробегали невероятно сильные волны давления. Они так плотно прижали частицы друг к другу, что образовались черные дыры, которые сегодня астрофизики называют первичными черными дырами.

Стандартная модель предполагает, что черные дыры в то время способствовали формированию галоподобных структур за счет своего гравитационного притяжения, как ядра конденсации, которые формируют облака из частиц пыли. Это способствует звездообразованию, потому что данные структуры позже послужили лесами, которые помогли материи собраться, чтобы сформировать первые звезды и галактики. Однако черная дыра нагревает газ. А это приводит к тому, что вокруг черной дыры формируется горячий аккреционный диск, который, в свою очередь, ионизирует и нагревает окружающий газ. Это минус для звездообразования, потому что вам нужен холодный, а не горячий газ для достаточно сжатия, чтобы в конечном итоге произошел первый ядерный синтез и загорелась звезда.

Моделирование помогло изучить этот космический вопрос — например, на суперкомпьютере Stampede2 в Техасском центре передовых вычислений (TACC), входящем в состав Техасского университета в Остине.

«Мы обнаружили, что стандартная картина образования первой звезды на самом деле не меняется из-за первичных черных дыр», — говорит Боюань Лю (Boyuan Liu), научный сотрудник Кембриджского университета.

Лю является ведущим автором статьи, опубликованной в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Мы обнаружили, что эти два эффекта — нагрев и засев черной дыры — почти компенсируют друг друга, а влияние на звездообразование в конечном счете незначительно», — говорит Лю. В зависимости от того, какой эффект преобладает, звездообразование первичными черными дырами может быть ускорено, замедлено или предотвращено.

Но есть и другие эффекты. Исследования также предполагают, что первичные черные дыры взаимодействовали с первыми звездами, создавая гравитационные волны. «Они также могут вызвать образование сверхмассивных черных дыр. Мы планируем исследовать эти аспекты в последующих исследованиях», — говорит Лю.

Источник: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 514, Issue 2, August 2022, Pages 2376–2396, Doi.org