Одна из самых больших тайн астрономии заключается в том, как могли появиться гигантские черные дыры с массой до миллиарда солнечных менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва.
По общепринятой теории формирования черных дыр, они развиваются постепенно, поглощая материю и объединяясь друг с другом, и в этом случае у них просто не было достаточно времени, чтобы достичь таких размеров в ранней Вселенной.
С началом работы космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) проблема лишь усугубилась: он все чаще обнаруживает в далеком прошлом Вселенной черные дыры с огромной массой, которые трудно вписать в традиционные сценарии. Один из альтернативных вариантов появления таких объектов — так называемый прямой коллапс: когда большие облака газа сжимаются в черную дыру без формирования звезды. Долгое время считалось, что для этого необходимо редкое совпадение определенных условий, например, специфическое облучение облака соседними звездами, поэтому такой процесс считался крайне редким — что также не соответствовало количеству найденных сверхмассивных черных дыр.
Группа астрономов под руководством аспиранта Калифорнийского университета в Риверсайде Яша Аггарвала в своей новой работе предположила, что распад темной материи может сыграть ключевую роль в образовании этих космических гигантов.
Согласно расчетам ученых, если частицы темной материи нестабильны и со временем распадаются, то превращение даже небольшого количества энергии в газ может значительно повысить вероятность прямого коллапса. Энергия, выделяемая при распаде одной частицы темной материи, как полагают астрономы, очень мала — примерно около миллиардных триллионных долей энергии обычной батарейки типа AA. На уровне человека это неощутимо, но в масштабах межгалактических облаков это становится значительно более важным.
Соавтор исследования, физик Флип Танедо, отмечает, что первые галактики в основном представляли собой «шары» из чистого водорода, и химия газа в них была крайне чувствительна к малым энергетическим воздействиям на атомном уровне. Именно такое поведение необходимо для идеального «детектора» темной материи. В этом случае, индикатором распада темной материи могут служить сами сверхмассивные черные дыры.
С помощью модели термохимической эволюции газа в присутствии распадающихся аксионов (одного из кандидатов на роль частиц темной материи), ученые продемонстрировали, что при массе частиц в диапазоне 24−27 электронвольт действительно могут возникать условия, способствующие прямому коллапсу черных дыр.
Если это предположение верно, распады темной материи могли «подтолкнуть» к образованию первых черных дыр-гигантов. В таком случае загадочные монстры ранней Вселенной становятся еще одной подсказкой к пониманию того, как устроена темная материя — самая массовая, но до сих пор невидимая составляющая космоса.
Фото: hi-tech.mail.ru
