Симуляции раскрыли путь от газового облака до зародыша сверхмассивной черной дыры

Международная группа астрофизиков представила детальные симуляции формирования зародышей сверхмассивных черных дыр в плотных газовых облаках. Исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, основано на обновленной версии гидродинамического кода Enzo-Abyss, который сочетает прямой N-метод расчета гравитации с эволюцией звезд.

Ученые моделировали изначально плотные облака газа с низким содержанием металлов и различной турбулентностью. Во всех случаях формировались плотные звездные скопления, напоминающие ранние ядра галактик. В центре этих скоплений за счет столкновений образовывались сверхмассивные звезды массой от 343 до 5108 масс Солнца — вне зависимости от силы звездного ветра.

После коллапса такой звезды возникает промежуточная черная дыра, которая затем растет за счет аккреции газа и приливных разрушений звезд. В наиболее оптимистичной модели темп аккреции составил 1,64?10?? солнечных масс в год, причем приливные разрушения давали 23% прироста массы за 10 миллионов лет.

Авторы подсчитали: если в ядре скопления постоянно поступает газ, как в высоких красных смещениях, то промежуточная черная дыра начальной массой 6747 солнечных может за 100 миллионов лет вырасти до 62 000 солнечных масс. Этого достаточно, чтобы объяснить существование сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых телескопом JWST в ранней Вселенной.

Работа впервые в единой самосогласованной модели показала, что путь от плотного газового облака до сверхмассивной черной дыры может быть пройден без привлечения ad-hoc механизмов — только через столкновения, коллапс и аккрецию. Это существенно уточняет теории формирования самых массивных объектов во Вселенной.