Вокруг далёкого квазара могли рано рождаться тяжёлые чёрные дыры

Авторы не просто прикинули, сколько чёрных дыр могло появиться в такой области, а собрали для этого две вещи вместе: модель роста чёрных дыр и галактик и отдельную карту того, как в ранней Вселенной сливались и собирались тёмные гало — большие облака тёмной материи, в которых потом зажигаются галактики. Так они проследили не абстрактную «среднюю» раннюю Вселенную, а именно историю формирования области, которая в итоге вырастает в гало с ярким квазаром на красном смещении z≈7.

Главная идея работы — проверить, где и когда могли возникать тяжёлые зародыши чёрных дыр в сценарии прямого коллапса. Это такой путь, когда газ в почти первозданном гало не успевает распасться на обычные звёзды, а схлопывается почти сразу в очень массивный объект, который потом становится заготовкой для чёрной дыры. Для этого важны жёсткие условия: мало тяжёлых элементов, подходящее облучение в ультрафиолете и правильная динамика газа. Авторы специально учли не усреднённый фон, а местные колебания ультрафиолетового излучения внутри этой плотной области — именно это и открыло возможность для более раннего запуска процесса.

Самое интересное, что в такой среде тяжёлые зародыши могут появляться очень рано — уже к z≈22. А если требования сделать строже, всё равно выходит не единичный редкий случай, а десятки объектов до z~14. Потом лавочку закрывает загрязнение межгалактической среды тяжёлыми элементами: когда металлов становится больше, газ уже легче охлаждается и уходит в обычное звездообразование, а не в прямой коллапс. Часть этих ранних чёрных дыр, по расчётам, вообще не успевает слиться с центральной галактикой и может дожить до z≈7 в спутниковых галактиках — то есть это потенциально «спящие» тяжёлые семена, которые можно искать вокруг далёких квазаров.