Астрофизики объясняют аномальный рост черных дыр расширением самой Вселенной

Черные дыры могут увеличиваться в размерах не только за счет поглощения газа, но и синхронно расширяясь вместе с тканью самой Вселенной.

Ключевые тезисы:

• Новая теория утверждает, что черные дыры не изолированы от расширения Вселенной, а растягиваются вместе с ней.
• Этот механизм объясняет, как сверхмассивные черные дыры могли сформироваться в ранних галактиках, обходя предел Эддингтона.
• Космическое расширение может также разгадать тайну «верхнего разрыва масс» при столкновении черных дыр, зафиксированную детекторами LIGO и Virgo.

Физики-теоретики предложили новую модель, согласно которой черные дыры увеличиваются в размерах вместе с расширением самой Вселенной. Эта смелая гипотеза решает проблему необъяснимо гигантских черных дыр, обнаруженных на заре космической истории, и бросает вызов столетним представлениям об изолированных объектах.

Иллюзия космической изоляции

Современная наука давно знает, что Вселенная постоянно расширяется. Долгое время считалось, что гравитационно связанные объекты, будь то Солнечная система или черные дыры, обладают своеобразным иммунитетом к этому процессу. Однако физики-теоретики Валерио Фараони и Массимилиано Ринальди в своей новой работе, опубликованной на сервере препринтов arXiv, бросают вызов этому устоявшемуся мнению. По их расчетам, черные дыры не могут просто игнорировать растягивающееся вокруг них пространство — они обязаны расширяться вместе с ним.

Чтобы понять суть этой идеи, нужно взглянуть на то, как физики традиционно моделируют гравитационные аномалии. Обычно для этого используется решение Шварцшильда, сформулированное более века назад. Ради упрощения математики эта модель описывает черную дыру как неподвижный объект, помещенный в бесконечную и неизменную пустоту. Старые формулы описывали черную дыру как идеального интроверта в абсолютно пустой и статичной комнате. Но сегодня астрофизики точно знают: наша Вселенная не пуста и уж точно не стоит на месте.

Парадокс невозможных гигантов

Как часто бывает в науке, теоретический прорыв произошел на фоне серии противоречивых наблюдений (философ Томас Кун был бы доволен). За последние несколько лет космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и другие современные обсерватории заглянули в эпоху рассвета космоса и обнаружили там сверхмассивные черные дыры.

Проблема в том, что эти гиганты находились внутри «младенческих» галактик, сформировавшихся всего через считанные сотни миллионов лет после Большого взрыва. Согласно классическим учебникам астрофизики, их там быть не должно. Существует строгий физический предел скорости, с которой газ может падать в черную дыру — так называемый предел Эддингтона. В теории он жестко ограничивает максимальный размер, до которого объект мог бы дорасти к моменту наблюдений JWST. Проще говоря, ранняя Вселенная была слишком молода, чтобы эти сверхмассивные структуры успели «наесть» такую массу обычным путем.

Синхронизация с космосом

В своих предыдущих работах Фараони и Ринальди уже пытались адаптировать классическую статичную модель к реальности расширяющегося фона. Прямолинейная модификация математического аппарата приводила к физически невозможной «голой сингулярности». Уравнения просто рассыпались.

Чтобы обойти эту преграду, физики решили отследить кажущийся горизонт черной дыры — ту самую границу, где гравитация становится настолько сильной, что свет не может ее покинуть. Они задали простой вопрос: расширяется ли эта граница медленнее, быстрее или в точности с той же скоростью, что и сама Вселенная? Создав серию математических моделей судьбы черной дыры в раннем космосе, ученые обнаружили лишь один жизнеспособный сценарий. Черная дыра неизбежно становится «сопутствующей» (comoving) космосу — то есть она расширяется ровно в том же темпе, что и ткань самой Вселенной.

Разгадка гравитационных аномалий

Этот логичный вывод кардинально меняет наше понимание истории космоса. Сверхмассивным черным дырам в ранних галактиках, обнаруженным телескопом Уэбба, вовсе не нужно было лихорадочно поглощать газ на пределе Эддингтона. Их колоссальный и, казалось бы, необъяснимый размер может быть обусловлен самим расширением Вселенной.

Новая теория способна прояснить еще одну загадку, связанную с современными детекторами гравитационных волн. Обсерватории LIGO и Virgo регулярно фиксируют столкновения черных дыр, чьи массы попадают в так называемый «верхний разрыв масс». Согласно теории звездной эволюции, звезды просто не могут создавать черные дыры такого размера. Однако если черные дыры непрерывно росли вместе с пространством на протяжении миллиардов лет, существование этих «неуместных» объектов получает элегантное объяснение.

Безопасность окружающего мира

Важно понимать, что расширение Вселенной никак не повлияет на нашу повседневную жизнь. Электромагнитные силы и локальная гравитация скрепляют наш мир и нашу собственную биологию гораздо надежнее, чем способно разорвать космическое расширение.

Но в случае с черными дырами выясняется, что даже их экстремальная гравитация не обеспечивает абсолютной защиты от законов физики. Пока эта концепция остается на стадии теоретической модели, но она допускает прямую проверку. Ожидается, что новые данные от JWST и других телескопов вскоре предоставят достаточно доказательств, чтобы поставить точку в этом вопросе.

Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен

FAQ: Часто задаваемые вопросы

Источник: Valerio Faraoni et al, Black holes become comoving with the universe, arXiv (2026).

Читайте также: Гравитационные волны как возможные кандидаты на роль источника темной материи