Language
Country/Area
No result found
Связь между черными дырами и Большим взрывом: почему коллапс черной дыры может изменить наше понимание Вселенной?
В ранней Вселенной черные дыры прямого коллапса (DCBH) могли стать ключевым источником сверхмассивных черных дыр. Эти зародыши черных дыр большой массы образуются в результате прямого коллапса больших объемов материи и, как предполагается, сформировались в диапазоне красного смещения z = 15–30, когда возраст Вселенной составлял около 100–250 миллионов лет. В отличие от зародышей черных дыр, которые формируются из звезд первого поколения (так называемое поколение звезд третьей популяции), эти черные дыры с прямым коллапсом формируются посредством прямых общерелятивистских неустойчивостей. Их типичная масса может достигать около 105 M☉. Этот класс семян черных дыр был впервые предложен теоретически для решения проблемы существования сверхмассивных черных дыр при красном смещении z~7, что было подтверждено многими наблюдениями.
Черные дыры с вертикальным коллапсом образуются в результате уникального сочетания физических условий окружающей среды, которые редко встречаются одновременно.
Механизм формирования
Формирование черной дыры с прямым коллапсом включает несколько ключевых условий окружающей среды, которые способствуют прямому коллапсу газа, а не образованию скопления звезд. Во-первых, газ не должен содержать металла (т.е. содержать только водород и гелий), во-вторых, он должен обладать атомарным охлаждающим эффектом, и, наконец, должен существовать поток фотонов Лаймана-Вирта достаточной интенсивности для разрушения молекул водорода, что Очень эффективный газовый охладитель. Если процесс охлаждения этих газов не будет прерван, газовое облако подвергнется гравитационному коллапсу и достигнет чрезвычайно высокой плотности массы — около 107 г/см³. При таких плотностях объекты будут испытывать общую релятивистскую нестабильность, что приведет к образованию черных дыр с массой обычно до 105 M☉ или даже до 1 миллиона M☉.
Эти объекты коллапсируют непосредственно из первичных газовых облаков, минуя промежуточную звездную стадию, и поэтому называются черными дырами прямого коллапса.
Недавнее компьютерное моделирование показало, что мощные холодные аккреционные потоки в редких концентрациях могут образовывать эти зародыши черных дыр без необходимости в ультрафиолетовом фоне, сверхзвуковых потоках или даже атомном охлаждении. В этой симуляции только после того, как масса бариона достигла 40 миллионов солнечных масс, гравитация наконец преодолела турбулентность, и звезда просто коллапсировала, образовав две сверхмассивные звезды, которые в конечном итоге стали черными дырами прямого коллапса с массами 31 000 и 2 000 соответственно. . и 40 000 М☉.
Количество вертикально коллапсирующих черных дыр
Несмотря на важную теоретическую ценность черных дыр с прямым коллапсом, ученые в целом полагают, что они относительно редки во Вселенной с большим красным смещением, поскольку очень сложно одновременно соблюсти три основных условия, необходимых для их образования. Современные космологические моделирования предсказывают, что при красном смещении 15 в среднем на кубический гигапаскаль приходится лишь около одной черной дыры с прямым коллапсом. В зависимости от различных предположений, прогнозируемое число черных дыр с прямым коллапсом может достигать 107 на кубический гигапаскаль, но для этого потребуется чрезвычайно высокий поток фотонов Лаймана-Вирта.
Это также обуславливает ожидания относительно будущих наблюдений, особенно важных, которые будут иметь наблюдения с помощью космического телескопа «Чжан Сяньван».
Обнаружение и обнаружение
В 2016 году группа ученых под руководством астрофизика из Гарвардского университета Фабио Пакуччи использовала данные космического телескопа «Хаббл» и рентгеновской обсерватории «Чандра», чтобы впервые идентифицировать два вертикальных коллапса. Кандидаты в черные дыры, значения красного смещения z Оба этих кандидата имеют число больше 6 и соответствуют спектральным характеристикам этого типа небесных тел. Прогнозируется, что эти источники будут иметь значительный избыток инфракрасного излучения по сравнению с другими источниками с более высокими значениями красного смещения. Будущие наблюдения будут иметь ключевое значение для определения свойств этих кандидатов в черные дыры.
Отличия от других черных дыр
Следует отметить, что первичные черные дыры образуются из-за прямого внезапного падения энергии, ионизированной материи или того и другого, в то время как черные дыры прямого коллапса образуются из-за прямого коллапса плотных и больших газовых облаков. Более того, черные дыры, образованные звездами третьего поколения, не классифицируются как черные дыры «прямого» коллапса.
Открытие вертикально коллапсирующих черных дыр, несомненно, открывает новые перспективы для изучения структуры галактик и формирования черных дыр в ранней Вселенной, что приведет к более глубоким размышлениям: какие еще неизвестные явления скрыты во Вселенной в процессе формирования вертикально коллапсирующих черных дыр? дырки? Как разгадать тайну?Существование черных дыр с вертикальным коллапсом не только объясняет образование черных дыр в ранней Вселенной, но и ставит под сомнение наше понимание эволюции Вселенной.
