Существует несколько видов черных дыр. Во-первых, это черные дыры звездной массы, масса которых может составлять от 3,3 до 100 масс Солнца. Это черные дыры с наименьшей массой, которые нам доводилось наблюдать.
Обычно такие черные дыры рождаются в результате коллапса массивных звезд, которые достигают финальной стадии своей жизни. Иногда такие черные дыры могут появиться в результате коллапса нейтронной звезды, если она «украдет» достаточно материала у звезды-компаньона, либо сольется с другой нейтронной звездой и минует верхний предел массы невращающейся нейтронной звезды, что приводит к коллапсу и образованию черной дыры.
Во-вторых, это сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центре большинства галактик, масса которых варьируется от миллионов до миллиардов солнечных масс.
В-третьих, между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами существуют черные дыры промежуточной массы — от 100 000 до одного миллиона солнечных масс.
Исследователи понимают, как появились черные дыры звездной массы, но вот факт существования сверхмассивных черных дыр до сих пор представляет серьезную проблему, потому что ученые не понимают, как они могли так быстро набрать колоссальную массу в ранней Вселенной. Несомненно, черные дыры звездной массы могут сливаться и образовывать сверхмассивные черные дыры, но тогда в ранней Вселенной массивные звезды должны были умирать очень быстро и в огромных количествах, чтобы породить всех этих «гравитационных монстров», наблюдаемых в сердцах самых древних галактик.
Ранняя Вселенная и черные дыры
Но есть «беззвездное» объяснение появления сверхмассивных черных дыр, реализация которого была возможна только в ранней Вселенной. Так называемым черным дырам с прямым коллапсом не нужно ждать смерти массивной звезды, чтобы сформироваться. Вместо этого на появление таких объектов могли влиять скопления ранних галактик.
Например, если есть две или более ранних галактики, расположенных рядом друг с другом, то в одной из них может происходить быстрое звездообразование. Это приводило бы к нагреву газа в соседней галактике, предотвращая его фрагментацию на плотные сгустки, которые в конечной итоге стали бы звездами. Когда этот газовый «монолит» стал бы чрезвычайно плотным и массивным, то он бы коллапсировал в черную дыру промежуточной массы. Такие события могли происходить в разных областях одной молодой галактики, образуя сразу несколько черных дыр промежуточной массы, которые в конечном итоге слились бы в центре галактики, породив сверхмассивную черную дыру.
