Массивные звезды в ранней Вселенной, возможно, были прародителями сверхмассивных черных дыр

Недавние наблюдения показали, что в центре каждой галактики есть сверхмассивная черная дыра. Однако каково происхождение этих сверхмассивных черных дыр? Этот вопрос до сих пор остается загадкой.

Международная исследовательская группа во главе с Национальной астрономической обсерваторией Японии и Институтом астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA) на Тайване предсказала экстремальную сверхновую от сверхмассивной звезды, возможно, прародительницы сверхмассивных черных дыр. Их расчеты предполагают, что эту сверхновую можно наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который будет запущен к концу 2021 года.

Изучение образования сверхмассивных черных дыр является важной темой в современной астрофизике. Ведущая теория предполагает, что семена сверхмассивных черных дыр образовались после гибели первых массивных звезд в ранней Вселенной, а затем эти семена продолжали накапливать окружающий газ и, наконец, сформировались в сверхмассивные черные дыры.

Однако эта теория была оспорена, поскольку самые массивные звезды, наблюдаемые в локальной Вселенной, составляют около одной или двух сотен солнечных масс.

Если первые звезды с несколькими сотнями солнечных масс переродились как семена черных дыр, они должны были поддерживать самую высокую эффективность аккреции, чтобы сформировать сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые сегодня. Но очень трудно поддерживать высокую скорость аккреции в реалистичной среде.

Ке-Юнг Чен из ASIAA Taiwan предложил релятивистскую нестабильную сверхновую из первичной сверхмассивной звезды (10⁴-10⁵ солнечных масс) в своей исследовательской работе 2014 года. — В ранней Вселенной может быть небольшое число первых звезд с десятками тысяч солнечных масс. Они, вероятно, являются прародителями сверхмассивных черных дыр в галактиках. Потому что чем массивнее семя черной дыры, тем эффективнее оно поглощает окружающую материю. Черным дырам не нужно поддерживать высокую скорость аккреции, чтобы быстро расти, — сказал Ке-Юнг Чен.

Но как доказать, что эти массивные звезды когда-то существовали?

Это задача для наблюдений, потому что большинство этих сверхмассивных звезд коллапсируют в черные дыры. Основываясь на модели сверхновой, предложенной Ченом, исследовательская группа провела новое моделирование переноса излучения и обнаружила, что предстоящая миссия JWST имеет шанс наблюдать эту сверхновую!

Если к тому времени это действительно произойдет, то происхождение сверхмассивной черной дыры в галактике, которая исходит от первой сверхмассивной звезды, может быть подтверждено.