Суперкомпьютерная симуляция рождения первобытного квазара
Команда астрофизиков решила загадку, занимавшую умы учёных почти 20 лет: они показали, как во Вселенной сформировались первые квазары. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Квазары — класс самых ярких астрономических объектов в обозримой Вселенной. Название — это сокращение словосочетания «квазизвёздный радиоисточник», а по современным представлениям — это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Последний и является источником сверхмощного излучения.
Как именно более 200 известных науке квазаров, питаемых сверхмассивными чёрными дырами, появилось менее чем за миллиард лет после Большого взрыва, оставалось загадкой астрофизики. Никто не понимал, как они могли так быстро сформироваться.
Команда экспертов под руководством доктора Дэниела Уолена из Портсмутского университета обнаружила, что первые квазары могли сформироваться в жёстких и переменчивых условиях газовых резервуаров, иногда появлявшихся на заре Вселенной.
Сегодня известно, что в центрах массивных галактик обычно находятся сверхмассивные чёрные дыры – массой в миллионы и даже в миллиарды раз большей, чем Солнце. Но в начале 2000-х астрономы начали находить квазары, существовавшие уже спустя менее чем миллиард лет после Большого взрыва.
Несколько лет назад суперкомпьютерные симуляции показали, что ранние квазары могли формироваться на пересечениях редких мощных потоков холодного газа. В объёме в миллиард световых лет в поперечнике таких потоков присутствовало не более десятка. Однако тогда чёрным дырам при рождении пришлось бы иметь массу порядка 100 000 солнечных. Сегодня чёрные дыры формируются после того, как массивные звёзды израсходуют всё горючее и коллапсируют. Масса таких чёрных дыр составляет порядка 10-100 солнечных.
Астрофизики давно выдвигали теории, что чёрные дыры массой в 10 000 – 100 000 солнечных в принципе, могли сформироваться, но только в очень экзотических условиях, не похожих на те турбулентные облака, в которых формируются квазары.
Из суперкомпьютерных моделей учёных следует, что плотные потоки холодного газа способны вырастить чёрную дыру массой в миллиард солнечных всего за несколько сотен миллионов лет без всяких необычных внешних условий. Турбулентность таких потоков не даёт сформироваться обычным звёздам, а потом масса облака становится такой гигантской, что коллапсирует и формирует огромные звёзды. При моделировании у учёных появилось две звезды: одна массой в 30 000 солнечных, другая – в 40 000.
Получилось, что те же самые первобытные облака, из которых могут появиться первые квазары, способны порождать и звёзды, из которых затем сформируются чёрные дыры. По словам учёных, эта модель позволила не только объяснить, откуда взялись первые квазары, но и сделать выводы об их демографии – количестве квазаров в ранней Вселенной.
