На концах Вселенной есть черные дыры с массами, равными миллиардам нашего Солнца. Эти гигантские тела - квазары - питаются межзвездным газом, безостановочно заглатывая его в больших количествах. Таким образом, они обнаруживают свое существование: свет, испускаемый газом, всасываемым и раздавливаемым гравитацией черной дыры, путешествует эоны времени по Вселенной, пока не достигнет наших телескопов. Следовательно, взгляд на края Вселенной - это взгляд в прошлое. Эти далекие древние квазары предстают перед нами на своих «детских фотографиях», сделанных менее чем через миллиард лет после Большого взрыва: чудовищные младенцы в молодой Вселенной.
Обычно черная дыра образуется, когда массивная звезда весом в десятки солнечных масс взрывается после того, как ее ядерное топливо израсходовано. Без ядерной печи в ее ядре, противодействующей гравитации, звезда коллапсирует: большая часть материала выбрасывается наружу в результате мощного взрыва сверхновой, а остальная часть падает внутрь, образуя черную дыру массой всего около 10 масс Солнца.
С тех пор, как эти древние квазары были впервые обнаружены, ученые задавались вопросом, какой процесс мог привести к тому, что маленькая черная дыра настолько разжирела и разжирела так скоро после Большого взрыва..
На самом деле, несколько процессов имеют тенденцию ограничивать скорость роста черной дыры. Например, обычно газ не падает прямо в черную дыру, а отклоняется в сторону в виде медленно спиралевидного потока, просачивающегося капля за каплей. Когда газ, наконец, поглощается черной дырой, излучаемый ею свет отталкивает газ. Этот свет уравновешивает гравитацию и замедляет поток, питающий черную дыру.
Так как же действительно росли эти древние квазары? Профессор Таль Александер, заведующий кафедрой физики элементарных частиц и астрофизики, предлагает решение в статье, написанной совместно с профессором Приямвадой Натараджан из Йельского университета, которая недавно появилась в журнале Science.
Их модель начинается с образования маленькой черной дыры в очень ранней Вселенной. В то время, считают космологи, газовые потоки были холодными, плотными и содержали гораздо больше материала, чем тонкие газовые потоки, которые мы наблюдаем в сегодняшнем космосе. Голодная новорождённая чёрная дыра двигалась, всё время меняя направление, когда её толкали другие молодые звёзды поблизости. Быстро двигаясь зигзагами, черная дыра постоянно подхватывала все больше и больше газа на свою орбиту, втягивая газ прямо в себя так быстро, что газ не мог перейти в медленное спиралевидное движение. Чем больше становилась черная дыра, тем быстрее она ела; эта скорость роста, объясняет Александер, растет быстрее, чем экспоненциально. Примерно через 10 миллионов лет - мгновение ока по космическим меркам - черная дыра должна была заполниться примерно до 10 000 солнечных масс. С тех пор колоссальная скорость роста замедлилась бы до несколько более неторопливого темпа, но будущий путь черной дыры был бы уже предопределен, что в конечном итоге привело бы к тому, что она стала бы весить миллиард солнечных масс или больше.