Модель Johns Hopkins: чёрная дыра QSO1 в данных Webb могла вырасти из первичного зародыша за счёт газа

Исследователи Университета Джонса Хопкинса под руководством Валерио Де Луки смоделировали три способа образования чёрных дыр в «маленьких красных точках» (Little Red Dots) — компактных источниках с большим красным смещением, найденных космическим телескопом James Webb. Работа опубликована в Physical Review Letters и опирается на ранее опубликованные данные Webb doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Некоторые из этих объектов, по-видимому, содержат чёрные дыры, намного более массивные, чем следует из их звёздного содержимого при сравнении с локальными соотношениями doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Проверочным случаем стал Abell 2744-QSO1 (QSO1) — источник, усиленный гравитационной линзой скопления галактик на переднем плане. Его свет относится к эпохе примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Масса центральной чёрной дыры составляет около 50 миллионов масс Солнца, а в окружении тяжёлых элементов меньше одной сотой солнечной доли doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Прямое образование и слияния

Первый сценарий — чёрная дыра такой массы возникает сразу в ранней Вселенной. По расчётам, он исключён ограничениями на μ-искажения реликтового излучения: необходимые сильные флуктуации плотности оставили бы измеримые следы doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Допустимые зародыши — первичные чёрные дыры массой не более примерно 1000 масс Солнца.

Второй путь — иерархические слияния таких лёгких зародышей. Он может работать в зависимости от истории слияний, но растущие чёрные дыры должны удерживаться в очень массивных гало тёмной материи, несмотря на отдачу при столкновениях. В модели такие гало при большом красном смещении слишком редки, чтобы объяснить наблюдаемую численность «красных точек» doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Рост за счёт аккреции газа

Наиболее перспективным в расчётах оказался третий путь: зародыш массой около 1000 масс Солнца набирает газ. При достаточно эффективном притоке к эпохе QSO1 он мог бы вырасти до многих миллионов масс Солнца. Временами модельный темп аккреции превышает классический предел Эддингтона doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Низкая металличность QSO1 ограничивает этот путь. Звёзды, образующиеся из притекающего газа, производили бы тяжёлые элементы, поэтому в подходящих моделях в звёзды превращается не более около одного процента поступающего газа doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Авторы отслеживали металличность совместно с аккрецией и выделили области параметров, в которых воспроизводятся наблюдаемые свойства «красных точек» doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Результат — возможный путь развития, а не доказательство существования первичных чёрных дыр. Другие сценарии, включая коллапс ранних звёзд или очень массивных газовых облаков, остаются в обсуждении. Дальнейшие наблюдения должны показать, насколько распространённым мог быть первичный origin.