Сталкивающиеся галактики образовали первые черные дыры
Как были образованы первые сверхмассивные черные дыры во Вселенной? Новая модель развития галактик и черных дыр показывает, что сталкивающиеся галактики, вероятно, порождали черные дыры, которые сформировались приблизительно 13 миллиардов лет назад. Это открытие заполняет недостающую главу ранней истории нашей Вселенной.
После недавнего открытия, что формирование галактик началось гораздо раньше, чем считалось до этого, Стелиос Казанцидис из Университета штата Огайо и его группа создали новые компьютерные модели, которые показывают, что первые сверхмассивные черные дыры образовались, когда те ранние галактики столкнулись и слились вместе. Это, вероятно, произошло в течение первых нескольких миллиардов лет после Большого взрыва.
"Наши результаты добавляют новую веху в понимании того, как формируется структура Вселенной",– сказал Казанцидис.
Ранее астрономы считали, что галактики развивались постепенно: сначала силы гравитации объединили небольшие группы, а те маленькие части постепенно объединялись, чтобы сформировать большие структуры.
Но новые модели ставят все с ног на голову.
"Вместе с этими другими открытиями, наш результат показывает, что обе большие структуры – галактики и массивные черные дыры – формируются в истории вселенной быстро",– сказал он. "Удивительно, это противоречит теории поэтапного формирования структуры. Парадокс решается, как только понимаешь, что темная материя развивается иерархически”.
Это означает, что большие галактики и сверхмассивные черные дыры объединяются быстро, а более мелкие структуры, как наша собственная галактика Млечного пути, и сравнительно небольшая черная дыра в ее центре – формируются более медленно. Галактики, которые сформировали те первые сверхмассивные черные дыры, все еще существуют, сказал Казанцидис.
Новые модели, сделанные на суперкомпьютерах, смогли показать в 100 раз более мелкие детали, и стало возможным рассматривать процессы, протекающие в центре слитых галактик в масштабе менее светового года.
На изображениях компьютерной модели показаны стадии развития типичного столкновения между двумя дисковыми галактиками с одинаковыми массами.
Благодаря этому астрономы смогли увидеть две вещи: сжатые газ и пыль в центре галактик, формируют массивный центральный диск. Затем диск становится нестабильным, и газ и пыль, стягиваемые вновь, формируют еще более плотное облако, которое, в конечном счете, порождает сверхмассивную черную дыру.
“Это имеет для космологии далеко идущее значение”,– сказал Казанцидис.
"Например, стандартная теория – что свойства галактики и масса ее центральной черной дыры связаны, потому что растут параллельно – должна быть пересмотрена. В нашей модели черная дыра развивается намного быстрее, чем галактика. Таким образом, могло случиться так, что развитие черной дыры не связано вообще с ростом галактики, а наоборот, рост черной дыры определяет развитие галактики".
Эта новая модель может также помочь астрономам, которые ищут в небесах прямое доказательство общей теории относительности Эйнштейна – гравитационные волны.
Согласно ОТО, любые слияния галактик в ранней Вселенной создали бы мощные гравитационные волны, остатки которых должны наблюдаться и сегодня.
Новые детекторы гравитационных волн, такие, как космический лазерный интерферометр НАСА, были разработаны, чтобы обнаружить эти волны непосредственно, и открыть новое окно в астрофизических и физических явлениях, которые не могут быть изучены другими способами.
Ученые должны выяснить, как сверхмассивные черные дыры сформировались в ранней Вселенной и как они распределены в космосе сегодня. Новые компьютерные модели могут дать ключ к пониманию этих процессов.
