NASA готовится к запуску космического телескопа «Нэнси Грейс Роман» (Nancy Grace Roman Space Telescope ). Дата запуска назначена на 30 августа 2026 года. Однако для истории Вселенной это может показаться поздноватым временем. К этому моменту телескоп получит возможность заглянуть в бурную эпоху, известную как «космический полдень».
Это происходило 11–12 миллиардов лет назад. Хаотичное время. Беспокойное время.
Именно в ту эпоху черные дыры разрывали звезды на части. Такие события называются приливными разрушениями (TDE ). Они являются ключом к решению одной из главных головоломок астрономии: как черные дыры стали такими массивными за столь короткое время?
Приливные разрушения объясняют «пропущенный промежуток»
Давайте разберемся в механике процесса. Когда звезда подходит слишком близко к сверхмассивной черной дыре, гравитация берет верх. Черная дыра вытягивает звезду, что часто называют «спагеттификацией». Звезда разрывается в клочья, плазма закручивается, черная дыра поглощает материю.
Это messy (беспорядочный) процесс. Он сопровождается яркой вспышкой. И это единственный способ увидеть более легкие черные дыры.
Обычно сверхмассивные черные дыры скрыты за горизонтом событий; свет не может вырваться наружу. Увидеть их можно только тогда, когда они поглощают вещество. И не все черные дыры «голодны» постоянно.
Более легкие черные дыры — те, чья масса составляет от 100 000 до 100 миллионов масс Солнца, — привередливы. Они не поглощают материю непрерывно. Они впадают в состояние покоя. До тех пор, пока звезда не совершит фатальную ошибку.
Здесь на сцену выходят приливные разрушения. Они вспыхивают настолько ярко, что затмевают всю галактику-хозяина. Они включают свет для черных дыр, которые в противном случае остались бы невидимыми.
Но вот загадка. Предыдущие исследования указывали на то, что в ранней Вселенной такие события были редкостью. Почему? Считалось, что ранние черные дыры были слишком малы, чтобы разрывать звезды. Слишком малая масса означала отсутствие приливных сил. Никаких приливных разрушений.
Новые данные говорят об обратном. Недавнее исследование предполагает, что приливные разрушения могли быть распространенным явлением во время «космического полудня», а именно через 1–2 миллиарда лет после Большого взрыва.
Стратегия обзора телескопа «Роман»
На сцену выходит космический телескоп «Роман».
Это не просто еще один преемник «Хаббла». Это специализированный инструмент. Его кампания по обзору высокоширотных временных областей (High-Latitude Time-Domain Survey ) будет неоднократно наблюдать за участками неба. Площадь покрытия равна площади 90 полных лун.
И будет делать это многократно.
Почему нужно повторять наблюдения? Потому что транзиенты — события, которые вспыхивают и затухают, — кратковременны. «Роман» должен поймать их в момент изменений.
Ученые оценивают, что телескоп будет обнаруживать тысячи событий приливного разрушения ежегодно. И не только ближайшие. Сотни из них относятся к эпохе космического полудня.
«Космический телескоп „Роман“ станет трансформационным для науки о транзиентах», — сказал Митчелл Кармен. «Мы сможем находить несколько событий приливного разрушения на больших расстояниях и в более ранние космологические эпохи, чем когда-либо прежде».
Он работает в Университете Джона Хопкинса. Он знает, о чем говорит.
Это имеет значение. Речь идет не просто об подсчете событий. Речь идет о подсчете правильных событий.
Решение головоломки роста черных дыр
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST ) передает данные с июля 2022 года. То, что он обнаружил, вызывает проблемы у астрономов.
«Уэбб» продолжает находить сверхмассивные черные дыры во Вселенной, которой было меньше 1 миллиарда лет.
Подумайте об этом временном масштабе. Один миллиард лет. И все. Чтобы достичь таких масс — миллионов или миллиардов масс Солнца — черным дырам требуется время. Им нужны слияния. Им нужна пища. В рамках стандартных моделей одного миллиарда лет недостаточно.
Если только… семена были другими.
Существует две основные теории происхождения этих монстров.
Теория легких семян
Это модель коллапса звезд. Массивные звезды умирают, коллапсируя в небольшие черные дыры. Они начинают свою жизнь с массой всего в несколько сотен масс Солнца.
Затем они поглощают материю. Сливаются. Быстро растут. Но они начинаются с малого.
Если это так, то ранняя Вселенная должна быть переполнена этими промежуточно-массивными черными дырами. А если они промежуточные, они должны порождать события приливного разрушения.
Теория тяжелых семян
Этот вариант более прямолинеен. Звезды не нужны. Просто гигантские облака первичного газа и пыли коллапсируют непосредственно в черные дыры.
Они начинаются большими. Возможно, с массами в тысячи солнечных. Они пропускают стадию малых размеров. Они растут, начиная с первого импульса.
Но этот процесс редок. Он требует специфических, плотных условий. Если тяжелые семена являются основным правилом, то промежуточные черные дыры — и их приливные разрушения — должны быть редкостью во время космического полудня.
Итак, как выбрать?
Нужно посчитать приливные разрушения.
Если «Роман» обнаружит тысячи событий приливного разрушения в эту эпоху, это укажет на легкие семена. Черные дыры были обычным явлением, они росли из звездных остатков и разрывали звезды.
Если количество мало? Тогда, скорее всего, основной путь — тяжелые семена. Черные дыры выросли из прямого коллапса, оставив мало промежуточных объектов, способных вызывать разрушения.
Охота начинается
«Роман» не просто подтвердит эти теории. Он их уточнит.
Высокая чувствительность телескопа позволяет видеть слабые, далекое всплески. Всплески, которые «Хаббл» или даже «Уэбб» могут пропустить. Он охотится на призраки ранних галактик.
И делает это эффективно.
Во время космического полудня небо перенаселено. Галактики сливаются. Газ течет. Это турбулентная среда. Черные дыры активны. Звезды падают внутрь.
«Роман» заглянет прямо в эту смятку.
Найдет ли он легкие семена? Или тяжелые семена сохранят свои позиции? Данные дадут ответ.
И он даст его, наблюдая, как небо распадается на части. Снова и снова. И снова.
