Коллапс звезды может вызывать образование сразу двух чёрных дыр

Коллапс звезды может вызывать образование сразу двух чёрных дыр

Любые расчёты скорости роста сверхмассивных чёрных дыр (СМЧД) показывали: чтобы первые СМЧД появились в первый же миллиард лет истории Вселенной, им нужно было образовываться не из звёзд, а из намного более массивных объектов. Однако механизм такого явления оставался не вполне ясным.

Исследователи, ведомые Кристианом Рейссвигом (Christian Reisswig) из Калифорнийского технологического института (США), попробовали найти выход из этой ситуации с помощью моделирования гипотетических первозвёзд — сверхмассивных светил, которых пока не удалось зарегистрировать напрямую, но которые должны были появиться в ранней Вселенной, где отсутствие тяжёлых элементов, «катализаторов» термоядерного синтеза, заставило бы любую звезду иметь огромную массу — иначе она просто не смогла бы принудить сталкиваться ядра атомов водорода в своих недрах.

Создав такие модели, учёные попытались быстро «проиграть» на компьютере историю развития первозвёзд. Теоретически такие светила должны коллапсировать сами на себя из-за огромной гравитации, связанной с большой массой. Но этому мешало световое давление: фотоны, постоянно рождающиеся в их недрах, просто не давали веществу звезды начать падение к её центру. По мере охлаждения светила (вызванного потерей уносящих энергию фотонов) такое гидростатическое равновесие нарушалось.

Следовательно, плотность в центральных областях небесного тела слегка росла, пока через пару миллионов лет разность плотностей в ней не «запускала» гравитационную нестабильность. Здесь-то модель г-на Рейссвига и Ко и начала выдавать неожиданности. Ранее считалось, что после возникновения такой нестабильности звезда коллапсирует, сохраняя свою сферическую форму, которая потом «передавалась» ЧД.

Ну а симуляция калифорнийцев показала, что массивная звезда вращается слишком быстро для этого, и в ней возникают крохотные пертурбации, которые затем прибавляют в размерах. В итоге перед началом коллапса сверхмассивные светила не осесимметричны, а возмущения в них нарастают, из-за чего звёздное вещество сбивается в сгустки, вращающиеся вокруг центра объекта. На своём пути они дополнительно «подхватывают» материю и постепенно нагреваются, вызывая образование электрон-позитронных пар (позитрон — античастица электрона).

В итоге световое давление от фотонов слабеет, и коллапс звезды самой на себя резко ускоряется. Естественно, активнее всего он затрагивает и без того уже предельно плотные сгустки, вращающиеся вокруг центра. И именно они-то и становятся первыми чёрными дырами — причём сразу парой, далее поглощая вещество из светила.

Вот так одна сверхмассивнвая звезда порождает вовсе не единственную сферическую ЧД, как считалось, а сразу две не вполне правильных по форме ЧД, которые, по всей видимости, могут потом соединиться:



«До нас никто не предсказывал, что одна коллапсирующая звезда может породить сразу пару чёрных дыр, которые затем сольются», — заявляет учёный. И в самом деле, хотя работа может показаться забавой теоретиков, в принципе её можно проверить, ведь слияния ЧД должны порождать гравитационные волны — пока не обнаруженную гипотетическую «рябь» на поверхности пространства-времени, средства поиска которой в последнее время инструментально совершенствуются.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт можно полистать на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Калифорнийского технологического института.