Tyrimas nurodo, kada ankstyvojoje Visatoje galėjo formuotis masyvios supermasyvių juodųjų skylių užuomazgos
Tarptautinė komanda, vadovaujama Edinburgo universiteto Astronomijos instituto podoktorantūros tyrėjo Alessandro Trinca, apskaičiavo, kada ir kur ankstyvojoje Visatoje galėjo formuotis masyvios supermasyvių juodųjų skylių užuomazgos. Tyrimo duomenimis, ankstyviausios tokios užuomazgos galėjo atsirasti prieš 13,64 mlrd. metų – mažiau nei po 500 mln. metų nuo Didžiojo sprogimo. Maždaug prieš 13,5-13,4 mlrd. metų šis formavimosi mechanizmas, kaip teigiama, galutinai nutrūko.
Straipsnis paskelbtas žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Tyrėjai šio klausimo ėmėsi dėl stebėjimų, kurie neatitinka ankstesnio aiškinimo. JWST duomenys apie pirmąjį Visatos milijardą metų rodo neįprastai daug galaktikų su supermasyvių juodųjų skylių užuomazgomis, o antžeminės apžvalgos UKIRT, DESI ir PanSTARRS ties raudonuoju poslinkiu apie z≈7 aptiko objektų, kurių masė viršija milijardą Saulės masių.
Pasak autorių, klasikinis scenarijus, kai žvaigždės gyvenimo pabaigoje kolapsuoja, o susidariusios juodosios skylės palaipsniui susilieja, yra per lėtas. Užuomazga, kurios masė siekia nuo 10 tūkst. iki 1 mln. Saulės masių, gali išaugti iki stebimų dydžių ir be ilgos super-Eddington akrecijos, o 10-100 Saulės masių užuomazgai to nepakanka.
Kaip alternatyva nagrinėtas tiesioginis kolapsas, kai didžiulis šaltų dujų debesis ankstyvos galaktikos centre susispaudžia į juodąją skylę, apeidamas žvaigždės stadiją. Iki šiol nebuvo aišku, kokios sąlygos reikalingos tokiam scenarijui ir kuriose kosminio tinklo vietose jos galėjo susidaryti.
Komanda pradėjo nuo tamsiosios medžiagos. Pagal ΛCDM modelį halai auga jungiantis mažesniems telkiniams, todėl ši susiliejimų istorija buvo atkurta didelės raiškos N-body simuliacijomis su zoom-in metodu, naudojant GIZMO kodą. Ant susiliejimų medžio tyrėjai pritaikė Cosmic Archaeology Tool – pusiau analitinį modelį, kuriuo halai užpildomi regimąja medžiaga ir sekama bendra galaktikų bei juodųjų skylių raida.
Tiesioginiam kolapsui reikalingos neapdorotos, metalais neužterštos dujos. Pirmosios III populiacijos žvaigždės sprogo kaip supernovos ir praturtino tarpgalaktinę terpę metalais. Po to dujos ėmė efektyviau vėsti ir skaidytis į įprastas žvaigždes, užuot kritusios į vieną tašką, todėl toks formavimosi langas užsidarė.
Tyrėjai siūlo šių masyvių užuomazgų palikuonių ieškoti šalia kvazarų ties z~7, tai yra laikotarpyje prieš maždaug 12,9 mlrd. metų. Ten jos galėtų pasireikšti kaip aktyvūs branduoliai palydovai. Jei būsimos JWST apžvalgos aptiks tokią populiaciją, tai būtų stiprus argumentas, kad šios masyvios užuomazgos augo tankiausiuose ir labiausiai susitelkusiuose kosminio tinklo mazguose.
