Согласно стандартной теории формирования черных дыр, они растут постепенно, поглощая вещество и сливаясь друг с другом — и в таком случае в ранней Вселенной у них просто не было достаточно времени, чтобы вырасти настолько большими.
С началом работы космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) проблема лишь обострилась: он все чаще находит в далеком прошлом Вселенной слишком массивные черные дыры, которые трудно вписать в классические сценарии. Один из альтернативных вариантов появления таких структур — так называемый прямой коллапс: когда огромные облака газа сжимаются сразу в черную дыру без прохождения стадии звезды. Долгое время считалось, что для этого нужен редкое совпадение определенных условий, например специфическое облучение облака соседними звездами, поэтому такой процесс должен быть крайне редким — что опять же не соответствовало количеству обнаруженных сверхмассивных черных дыр.
Группа астрономов под руководством аспиранта Калифорнийского университета в Риверсайде Яша Аггарвала в своей новой работе предположила, что ключевую роль в происхождении этих космических гигантов может играть распад темной материи.
Согласно расчетам ученых, если частицы темной материи нестабильны и со временем распадаются, то превращение даже очень небольшого количества энергии в газ может резко повысить вероятность прямого коллапса. Энергия от распада одной частицы темной материи, как считают астрономы, очень невелика — около миллиардных триллионных долей энергии обычной батарейки типа AA. На человеческом уровне это неощутимый мизер, но в масштабах межгалактических облаков он становится более чем существенным.
Соавтор работы, физик Флип Танедо, подчеркивает, что первые галактики представляли собой в основном «шары» из чистого водорода, и химия газа в них была чрезвычайно чувствительна к малым энергетическим воздействиям на атомном уровне. Именно такое поведение и нужно от идеального «детектора» темной материи. В таком случае, индикатором распада темной материи могут быть сами сверхмассивные черные дыры.
Используя модель термохимической эволюции газа в присутствии распадающихся аксионов (одного из кандидатов на роль частиц темной материи), ученые показали, что при массе частиц в диапазоне 24−27 электронвольт действительно могут возникать условия, благоприятные для прямого коллапса черных дыр.
Если эта картина верна, распады темной материи могли «подтолкнуть» формирование первых черных дыр-гигантов. В таком случае загадочные монстры ранней Вселенной становятся еще одной подсказкой к тому, как устроена темная материя — самая массовая, но до сих пор невидимая составляющая космоса.
Ранее астрофизики открыли три вида слияний черных дыр.
Источник: hi-tech.mail.ru