Language
Country/Area
No result found
Скрытое астрономическое чудо: как прямой коллапс черной дыры раскрывает тайну образования сверхмассивной черной дыры?
Черные дыры прямого коллапса (DCBH) — это тип прототипа черной дыры большой массы, который образуется в результате прямого коллапса большого количества материи. Предполагается, что эти черные дыры образовались в диапазоне красного смещения z=15–30, когда возраст Вселенной составлял около 100–250 миллионов лет. В отличие от предшественников черных дыр, образованных звездами первого поколения (также называемыми звездами типа III), зародыши черных дыр прямого коллапса образуются посредством прямых общерелятивистских неустойчивостей. Когда эти черные дыры образуются, их масса обычно составляет около 10^5 M☉.
Этот тип прототипа черной дыры изначально был предложен для решения проблемы наблюдения сверхмассивных черных дыр при красном смещении z~7, что было подтверждено многочисленными наблюдениями.
Механизм формирования
Считается, что черные дыры прямого коллапса (DCBH) являются прототипами гигантских черных дыр, образующихся во Вселенной с большим красным смещением, с массой около 10^5 M☉ на момент образования, но могут варьироваться от 10^4 M☉ до 10^6 M☉. Условия окружающей среды для образования DCBH следующие:
<ул>Выполнение вышеуказанных условий может предотвратить охлаждение газа и, таким образом, предотвратить фрагментацию исходного газового облака. Газовые облака, которые не смогли фрагментироваться и сформировать звезды, подвергаются глобальному гравитационному коллапсу и достигают чрезвычайно высокой плотности вещества в своих ядрах, около 10^7 г/см3. При таких плотностях объект будет испытывать общую релятивистскую нестабильность, в конечном итоге образуя черную дыру с массой около 10^5 M☉ или даже до 1 миллиона M☉. Возникновение этой нестабильности, а также отсутствие промежуточной звездной стадии, приводит к тому, что этот тип черной дыры называют черной дырой прямого коллапса.
Количественная статистика
Считается, что черные дыры, образовавшиеся в результате прямого коллапса, чрезвычайно редки во Вселенной с большим красным смещением, поскольку одновременное выполнение трех основных условий для их образования является довольно сложной задачей. Современные космологические моделирования показывают, что плотность числа DCBH при красном смещении 15 может составлять всего лишь около 1 на кубический гигапаскаль. В самом оптимистичном случае, исходя из минимального потока фотонов Лаймана-Вирта, необходимого для образования, плотность числа может достичь около 10^7 DCBH на кубический гигапаскаль.
Прогресс обнаружения
В 2016 году группа ученых под руководством астрофизика из Гарвардского университета Фабио Пакуччи использовала данные космического телескопа «Хаббл» и рентгеновской обсерватории «Чандра», чтобы идентифицировать первых двух кандидатов на роль черных дыр, способных к прямому коллапсу. Оба кандидата имеют красное смещение более 6 и обладают спектральными свойствами, соответствующими предсказанным для таких источников. В частности, прогнозируется, что эти источники будут иметь значительный избыточный инфракрасный поток при более высоких значениях красного смещения.
В будущем дальнейшие наблюдения, особенно с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба, будут иметь решающее значение для изучения свойств этих источников и подтверждения их природы.
Отличия от других типов черных дыр
Первичные черные дыры — это те, которые образовались в результате прямого коллапса энергичной или ионизированной материи в периоды расширения или периоды доминирования излучения, в то время как черные дыры прямого коллапса являются результатом коллапса необычно плотных и больших газовых областей. Стоит отметить, что черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд III типа, не считаются «прямыми» коллапсами.
В процессе изучения тайн Вселенной постепенно осознавалась важность прямого коллапса черных дыр, и будущие исследования могут дать больше подсказок о тайне образования сверхмассивных черных дыр. Сколько неизвестных черных дыр ждут своего открытия людьми в этой загадочной вселенной?
