Откуда берутся сверхмассивные чёрные дыры экспресс
Поле, засеянное семенами. Одни семена крупные и всходят при малейшем дожде, другие — капризные, требуют особой почвы и редких условий. От того, какие семена попадут в землю, зависит, каким вырастет лес через много лет. Примерно так же астрофизики думают о рождении чёрных дыр в ранней Вселенной.
Телескоп Джеймс Уэбб заглянул в прошлое на 12–13 миллиардов лет и увидел там чёрные дыры массой в миллиарды солнц. Такие гиганты не успели бы вырасти из маленьких зародышей — времени слишком мало. Значит, нужны «тяжёлые семена»: облака газа, которые сразу сжимаются в дыру массой в десятки или сотни тысяч солнц, минуя стадию звезды. Но как часто это случалось?
Авторы работы проиграли три сценария. В двух «щедрых» вариантах зародыши появлялись почти в каждом подходящем облаке холодного, бедного металлами газа. В «строгом» сценарии — только при редком стечении обстоятельств, как при прямом коллапсе. К тому моменту, когда Вселенной было около миллиарда лет, все модели дали примерно правильное соотношение массы чёрной дыры и массы звёзд в больших галактиках. Но только щедрые сценарии породили множество «переросших» систем, где дыра по массе догоняет звёзды. Именно они светят так же ярко, как те, что увидел Уэбб.
Разница становится кристально ясной, если посмотреть на слияния. В щедрых моделях чёрные дыры сталкиваются часто — более ста событий в год по всей наблюдаемой Вселенной, и почти каждая галактика, даже карликовая, носит в центре дыру. В строгой модели слияний — единицы, а в малых галактиках дыры почти не встречаются. Будущие детекторы гравитационных волн смогут подсчитать эти слияния и сказать, какое «семя» было правильным. Так лес настоящего расскажет о почве прошлого.
В щедрых сценариях чёрные дыры есть почти в каждой галактике, даже в тех, где звёзд всего несколько миллионов — как если бы в каждой деревне стоял небоскрёб.
В романе «Столпы Творения» Терри Пратчетта мир держится на слонах и черепахе; здесь же судьба галактик решается крошечными зародышами в первые мгновения.