Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, показало, что в ранней Вселенной было гораздо больше чёрных дыр, чем предполагалось ранее. Учёные использовали данные космического телескопа «Хаббл», который помог обнаружить, что в ранних галактиках находится в несколько раз больше чёрных дыр, чем предполагалось. Это открытие может помочь понять, как образовались эти массивные объекты и почему многие из них кажутся более массивными, чем ожидалось.

Чёрные дыры растут, поглощая окружающий материал, в процессе, известном как аккреция. Это производит колоссальное количество радиации, которое накладывает фундаментальное ограничение на то, как быстро могут расти чёрные дыры. Однако учёные столкнулись с проблемой объяснения происхождения ранних массивных квазаров, которые должны были либо расти быстрее, чем это физически возможно, либо рождаться на удивление массивными.

Существует несколько сценариев образования чёрных дыр. Одна из них заключается в том, что первичные чёрные дыры существуют вскоре после Большого взрыва. Однако массивные чёрные дыры не могли образоваться в значительных количествах согласно стандартной модели космологии. Другой сценарий заключается в том, что чёрные дыры образуются на последних стадиях коротких жизней некоторых обычных массивных звёзд. Такие чёрные дыры в принципе могли бы быстро расти, если бы формировались в чрезвычайно плотных звёздных скоплениях, где звёзды и чёрные дыры могут сливаться.

Альтернативой является то, что чёрные дыры могли образоваться из «тяжёлых семян» с массами примерно в 1000 раз больше, чем известные массивные звёзды. Одним из таких механизмов является «прямой коллапс», в котором ранние структуры тёмной материи удерживали газовые облака, в то время как фоновое излучение не давало им образовывать звёзды. Вместо этого они коллапсировали в чёрные дыры.

Однако проблема в том, что лишь меньшинство гало тёмной материи вырастает достаточно большими, чтобы сформировать такие семена. Поэтому этот механизм работает как объяснение только в том случае, если ранние чёрные дыры достаточно редки.

Учёные также предполагают, что процессы, подобные образованию «тёмных звёзд», должны были иметь место при формировании большого количества чёрных дыр, которые мы наблюдаем в зарождающейся Вселенной. «Тёмные звёзды» — это звёзды, которые формируются путём гравитационного сжатия газовых облаков, но имеют значительное количество частиц тёмной материи, которые могут быть захвачены во время фазы сжатия. Это может привести к образованию массивных чёрных дыр.

Новые обсерватории в космосе, такие как миссия Euclid или космический телескоп Nancy Grace Roman, заполнят перепись более слабых квазаров в ранние времена. Миссия NewAthena и Square Kilometer Array в Австралии и Южной Африке откроют доступ к пониманию многих процессов, окружающих чёрные дыры в ранние времена.