Загадочная форма материи: секрет огромных черных дыр из ранней Вселенной раскрыт

Фото: ESA

Существует одна загадка, связанная со сверхмассивными черными дырами, которые были обнаружены в ранней Вселенной. Они имеют слишком большой размер и массу, чтобы существовать вскоре после Большого взрыва. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, считают, если существуют частицы темной материи с правильными массами, то их распад мог привести к рождению огромных черных дыр в ранней истории космоса, пишет New Scientist.

Существует несколько теорий, которые описывают процесс создания сверхмассивных черных дыр. Одна из них утверждает, что такие объекты могли появиться в ранней Вселенной не в результате смерти массивных звезд, а благодаря прямому сжатию под действием гравитации облаков из газообразного водорода. Такие облака просто стали очень плотными, что и привело к появлению космических монстров.

Но в этой теории есть одна проблема: такого процесса просто не должно произойти. По мере того, как облако водорода сжимается, молекулы водорода начинают выпускать тепло и создают небольшие холодные участки материи. Эти участки разбивают большее молекулярное облако на части. В результате в облаке не оказывается достаточного количества материи, чтобы смогла образоваться сверхмассивная черная дыра путем сжатия.

Астрофизики создали моделирование, которое показывает, что вышеописанную проблему может решить темная материя. Считается, что эта загадочная форма материи составляет примерно 27% массы Вселенной, но о ней практически ничего больше неизвестно.

Если частицы темной материи распадаются на частицы света или фотоны, то они могут предотвратить процесс разделения молекулярного облака и сделать возможным прямое сжатие с последующим образованием сверхмассивной черной дыры, считают ученые.

Авторы исследования говорят, что почти все кандидаты на роль частицы темной материи может раздаться на фотоны. Ученые считают, что такие очень легкие частицы с малой массой должны распадаться на фотоны с нужной энергией, а потому их можно обнаружить.

Астрофизики говорят, что эти частицы не соответствуют наиболее общепринятому кандидату на роль темной материи – вимпам или слабовзаимодействующим массивным частицам. Но другой кандидат на роль темной материи, частица аксион, подходит лучше.

С другой стороны, создание сверхмассивных черных дыр в результате сжатия в ранней Вселенной является не самой популярной теорией. Предполагается, что такие черные дыры могли быть созданы в результате смерти самых первых массивных звезд. Но первая теория приобретает сейчас все большую популярность среди астрофизиков из-за недавних наблюдений самых ранних сверхмассивных черных дыр с помощью космического телескопа Уэбб.

Ученые считают, что черные дыры, созданные из массивных первых звезд все равно не могли бы иметь такую огромную массу, которую обнаружили астрономы во время наблюдений.

Авторы исследования считают, что будущие наблюдения за космосом могли бы помочь определить, действительно ли распадающаяся темная материя допускает прямое сжатие и создание самых больших черных дыр в космосе на начальном этапе жизни Вселенной.