Таинственная основа сверхнизкочастотных гравитационных волн, выявленная через наблюдения за пульсарами, может содержать данные о событиях, произошедших более 13 миллиардов лет назад, включая процесс формирования первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной.
В своем новом исследовании ученые Университета Колгейта Сохан Ходла и Космин Илие изучили, могли ли сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся в ранней Вселенной, оказать значительное влияние на фон гравитационных волн, который в настоящее время фиксируют пульсарные временные массивы (PTA).
РТА применяют быстро вращающиеся нейтронные звезды — пульсары — в качестве высокоточных космических часов. Проходящие гравитационные волны незначительно изменяют время поступления радиоимпульсов на Землю. Наблюдая за множеством пульсаров на протяжении длительного времени, научные группы по всему миру обнаружили признаки стохастического фона гравитационных волн на наногерцевых частотах.
Основным астрофизическим объяснением этого явления считается космическая популяция сближающихся пар сверхмассивных черных дыр с совокупной массой свыше миллиарда солнечных масс. Однако возникает вопрос: откуда появились первоначальные «семена» таких гигантских черных дыр? Наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба и обсерватории Chandra выявили массивные черные дыры на удивительно ранних этапах космической истории, что усилило интерес к механизмам быстрого формирования больших зародышей черных дыр.
Исследователи рассмотрели два сценария раннего возникновения черных дыр: прямой коллапс и коллапс сверхмассивных Темных Звезд. Темные Звезды — это гипотетический тип первичных звезд, основным источником энергии которых является нагрев, связанный с темной материей, а не обычный термоядерный синтез. В рамках рассматриваемого сценария с WIMP-частицами темной материи, Темные Звезды могут оставаться относительно прохладными и протяженными, продолжая аккрецировать вещество и достигая масс в миллион солнечных масс или более, прежде чем коллапсировать в массивные черные дыры.
«Пульсарные временные массивы обычно используются как инструмент для изучения пар сверхмассивных черных дыр в относительно недавней Вселенной, — отмечает Илие. — Наша работа демонстрирует, что их сигнал также может содержать информацию о том, как предшественники этих черных дыр формировались на заре существования космоса».
Исследование показало, что если плотность остатков сверхмассивных Темных Звезд составляет около 10⁻³ на кубический мегапарсек, их потомки могут значительно влиять на наблюдаемый PTA-сигнал. Ключевой вывод работы заключается в том, что существующие измерения PTA могут быть использованы для определения верхнего предела количества ранних зародышей сверхмассивных черных дыр. Это предоставляет ученым новый способ проверки теорий происхождения первых сверхмассивных черных дыр во Вселенной.
Ранее черная дыра разорвала на части «сверхсолнце», устроив мощнейший взрыв.
Фото: hi-tech.mail.ru