JWST: молодые скопления могут порождать черные дыры промежуточной массы

Телескоп James Webb Space Telescope (JWST) обнаружил популяцию плотных звездных скоплений на высоком красном смещении, включая объекты Cosmic Gems (z~10.2) и Firefly Sparkle (z~8.3). Эти системы обладают массами от 10^5 до 10^7 масс Солнца и радиусами от 0.4 до 15 парсек, что делает их идеальными кандидатами для формирования черных дыр промежуточной массы (IMBH) через столкновения звезд.

Прямые N-тела симуляции для таких крупных скоплений затруднительны, поэтому исследователи использовали модель Фоккера-Планка в сочетании с аналитическим подходом для оценки масс черных дыр, образующихся в результате убегающих столкновений. Модель учитывает потерю массы через звездные ветры и была проверена на компактных скоплениях.

Согласно расчетам, типичные массы IMBH в таких скоплениях составляют от 100 до 4000 масс Солнца, что соответствует эффективности формирования на уровне нескольких процентов. Особенно компактное скопление Cosmic Gems (радиус около 1 парсека) способно порождать черные дыры-зародыши массой 1600-2700 солнечных.

Ключевым фактором для сохранения массы зародыша является низкая металличность (Z ? 0.02 Z?). При такой металличности звездные ветры не уносят значительную часть массы, позволяя черной дыре расти. Полученные эффективности согласуются с прямыми N-тела симуляциями.

Результаты показывают, что плотные малометалличные скопления в ранней Вселенной могут служить эффективными «фабриками» тяжелых зародышей черных дыр. В дальнейшем такие зародыши способны вырасти в сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые в более поздние эпохи.

Работа опубликована в репозитории arXiv (ID: 2605.20381). Авторы подчеркивают, что JWST открывает новую эру в изучении ранних стадий формирования черных дыр.