NASA готується до запуску космічного телескопа Ненсі Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope). Дата запуску призначена на 30 серпня 2026 року. Однак для історії Всесвіту це може здатися пізнім часом. До цього моменту телескоп отримає можливість зазирнути у бурхливу епоху, відому як «космічний полудень».
Це відбувалося 11–12 мільярдів років тому. Хаотичний час. Неспокійний час.
Саме в ті часи чорні діри розривали зірки на частини. Такі події називаються приливними руйнуваннями (TDE). Вони є ключем до вирішення однієї з головних головоломок астрономії: як чорні дірки стали такими масивними за такий короткий час?
Приливні руйнування пояснюють «пропущений проміжок»
Давайте розберемося у механіці процесу. Коли зірка підходить надто близько до надмасивної чорної діри, гравітація бере гору. Чорна діра витягує зірку, що часто називають спагеттифікацією. Зірка розривається на шматки, плазма закручується, чорна діра поглинає матерію.
Це messy (безладний) процес. Він супроводжується яскравим спалахом. І це єдиний спосіб побачити легші чорні дірки.
Зазвичай надмасивні чорні дірки приховані за обрієм подій; світло не може вирватися назовні. Побачити їх можна лише тоді, коли вони поглинають речовину. І не всі чорні дірки «голодні» постійно.
Легші чорні діри — ті, чия маса становить від 100 000 до 100 мільйонів мас Сонця, — вибагливі. Вони не поглинають матерію безперервно. Вони впадають у стан спокою. Доки зірка не зробить фатальну помилку.
Тут на сцену виходять приливні руйнування. Вони спалахують настільки яскраво, що затьмарюють всю галактику-господаря. Вони включають світло для чорних дірок, які інакше залишилися б невидимими.
Але загадка. Попередні дослідження вказували на те, що в ранньому Всесвіті такі події були рідкістю. Чому? Вважалося, що ранні чорні дірки були надто малі, щоб розривати зірки. Занадто мала маса означала відсутність приливних сил. Жодних приливних руйнувань.
Нові дані говорять про інше. Нещодавнє дослідження припускає, що приливні руйнування могли бути поширеним явищем під час «космічного полудня», а саме через 1–2 мільярди років після Великого вибуху.
Стратегія огляду телескопа «Роман»
На сцену виходить космічний телескоп “Роман”.
Це не просто ще один наступник “Хаббла”. Це спеціалізований інструмент. Його кампанія з огляду високоширотних тимчасових областей (High-Latitude Time-Domain Survey) неодноразово спостерігатиме за ділянками неба. Площа покриття дорівнює площі 90 повних місяців.
І робитиме це багаторазово.
Чому слід повторювати спостереження? Тому що транзієнти — події, які спалахують та згасають, — короткочасні. «Роман» має зловити їх у момент змін.
Вчені оцінюють, що телескоп виявлятиме тисячі подій приливної руйнації щорічно. І не лише найближчі. Сотні з них відносяться до епохи космічного полудня.
«Космічний телескоп „Роман“ стане трансформаційним для науки про транзієнти», — сказав Мітчелл Кармен. «Ми зможемо знаходити кілька подій приливної руйнації на великих відстанях і в більш ранні космологічні епохи, ніж будь-коли».
Він працює в Університеті Джона Хопкінса. Він знає, що говорить.
Це має значення. Йдеться не просто про підрахунок подій. Йдеться про підрахунок правильних подій.
Вирішення головоломки зростання чорних дір
Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) передає дані з липня 2022 року. Те, що він виявив, викликає проблеми в астрономів.
«Вебб» продовжує знаходити надмасивні чорні діри у Всесвіті, яким було менше 1 мільярда років.
Подумайте про цей тимчасовий масштаб. Один мільярд років. І все. Щоб досягти таких мас — мільйонів або мільярдів мас Сонця — чорним діркам потрібен час. Їм потрібні злиття. Їм потрібна їжа. У рамках стандартних моделей одного мільярда років замало.
Якщо тільки… насіння було іншим.
Існують дві основні теорії походження цих монстрів.
Теорія легкого насіння
Це модель колапсу зірок. Масивні зірки вмирають, колапсуючи у невеликі чорні дірки. Вони починають своє життя з масою всього кілька сотень мас Сонця.
Потім вони поглинають матерію. Зливаються. Швидко зростають. Але вони починаються з малого.
Якщо це так, то ранній Всесвіт повинен бути переповнений цими проміжно-масивними чорними дірками. Якщо ж вони проміжні, вони мають породжувати події приливного руйнації.
Теорія важкого насіння
Цей варіант більш прямолінійний. Зірки непотрібні. Просто гігантські хмари первинного газу та пилу колапсують безпосередньо у чорні дірки.
Вони починаються великими. Можливо, з масами у тисячі сонячних. Вони пропускають стадію малих розмірів. Вони зростають, починаючи з першого імпульсу.
Але цей процес рідкісний. Він потребує специфічних, щільних умов. Якщо важке насіння є основним правилом, то проміжні чорні дірки — та його приливні руйнування — мають бути рідкістю під час космічного полудня.
Отже, як вибрати?
Потрібно порахувати припливні руйнування.
Якщо «Роман» виявить тисячі подій приливної руйнації в цю епоху, це вкаже на легке насіння. Чорні дірки були звичайним явищем, вони росли із зіркових залишків та розривали зірки.
Якщо кількість замало? Тоді, швидше за все, основний шлях — важке насіння. Чорні дірки виросли із прямого колапсу, залишивши мало проміжних об’єктів, здатних викликати руйнування.
Полювання починається
“Роман” не просто підтвердить ці теорії. Він їх уточнить.
Висока чутливість телескопа дозволяє бачити слабкі, далекі сплески. Сплески, які “Хаббл” або навіть “Вебб” можуть пропустити. Він полює на привиди ранніх галактик.
І робить це ефективно.
Під час космічного полудня небо перенаселене. Галактики зливаються. Газ тече. Це турбулентне середовище. Чорні дірки активні. Зірки падають усередину.
«Роман» зазирне прямо в цей зім’ятий.
Чи знайде він легке насіння? Чи важке насіння збереже свої позиції? Дані дадуть відповідь.
І він дасть його, спостерігаючи, як небо розпадається на частини. Знову і знову. І знову.
