Первые черные дыры родились в столкновениях галактик

Наша Вселенная имеет возраст 14 млрд лет. На протяжении двух десятилетий астрономы полагали, что галактики развивались иерархически - то есть гравитация собирала небольшие объемы материи вместе, и они постепенно формировались в более крупные структуры. Как оказалось, большие галактики образовались гораздо раньше, чем считалось - в течение первого миллиарда лет, а новая компьютерная модель Казанцидиса показывает, что в результате столкновения этих галактик почти сразу образовались первые сверхмассивные черные дыры.

Увеличить
На изображении видна динамическая эволюция при столкновении двух равных по массе спиральных галактик. Моделирование включает темную материю, звезды, газ и сверхмассивные черные дыры, но визуализируется только газ. Яркие цвета указывают на места с повышенной плотностью газа.

Парадокс заключается в том, что темная материя растет иерархически, а обычная нет. Последняя составляет вещество видимых галактик и сверхмассивных черных дыр и коллапсирует более активно, что привело к "антииерархическому" образованию галактик и черных дыр. Большие структуры, такие как гигантские галактики и сверхмассивные черные дыры, сформировались довольно быстро и существуют до сих пор. А небольшие галактики, такие как наш Млечный путь, формировались гораздо медленнее.

Одна из таких сверхмассивных структур - эллиптическая галактика M87, которая находится в ближайшем к нам скоплении галактик Вирго. Она соответствует компьютерной модели американских астрономов и приблизительно в 100 раз больше Млечного Пути.

Моделирование показывает развитие двух гигантских галактик, которые возникли на заре рождения Вселенной. Звезды в ней были гораздо массивнее, чем современные - в 300 раз больше нашего Солнца. Модель, сделанная на суперкомпьютере, отображает столкновение этих гигантских структур с рекордным разрешением в 1 световой год. Нестабильность внутри плотных ядер этих объектов породила облака материи, из которых образовались сверхмассивные черные дыры.

"Эта модель окажет огромное влияние на современную космологию, – заявил Стелиос Казанцидис. - Например, придется пересмотреть устоявшуюся идею о том, что свойства галактики и масса центральной черной дыры связаны параллельным ростом обоих. В нашей модели черная дыра растет гораздо быстрее, чем галактика. Это может означать, что не размер черной дыры регулируется ростом галактики, а наоборот – рост галактики регулируется ростом черной дыры".

Работа астрономов также может помочь найти гравитационные волны - прямое доказательство общей теории относительности Эйнштейна. Согласно ей любое слияние галактик приводит к образованию огромных гравитационных волн – "ряби" пространственно-временного континуума - следы которых должны быть видны и сегодня.