Jest to jedna z zagadek kosmologii i ewolucji gwiazd: w jaki sposób supermasywne czarne dziury stały się tak… cóż, supermasywny…we wczesnym Wszechświecie, kiedy wydawało się, że nie upłynęło jeszcze wystarczająco dużo czasu, aby zgromadzić swoją masę tylko dzięki stałym procesom akrecyjnym? Zjadanie materii o wartości miliarda mas słonecznych zajmuje trochę czasu, nawet przy zdrowym apetycie i wielu w zasięgu grawitacji. Ale przecież są: czarne dziury potworów są powszechne w niektórych z najodleglejszych galaktyk, pyszniąc się ich przedwczesnym wzrostem, nawet gdy Wszechświat właśnie obchodził swoje miliardowe urodziny.
Ostatnie odkrycia naukowców z Caltech sugerują, że te starożytne SMB powstały w wyniku śmierci niektórych rodzajów pierwotnych gigantycznych gwiazd, egzotycznych gwiezdnych dinozaurów, które urosły duże i umarły młodo. Podczas ich gwałtownego upadku nie tylko jeden, ale dwa powstają czarne dziury, z których każda gromadzi swoją własną masę, zanim ostatecznie połączy się w jednego supermasywnego potwora.
Obejrzyj symulację i dowiedz się więcej o tym, jak to się dzieje poniżej:
Z artykułu prasowego Caltech autorstwa Jessiki Stoller-Conrad:
Aby zbadać pochodzenie młodych supermasywnych czarnych dziur, Christian Reisswig, pracownik naukowy NASA Einstein Postdoctoral w dziedzinie astrofizyki w Caltech i Christian Ott, asystent profesora astrofizyki teoretycznej, zwrócili się do modelu z udziałem gwiazd supermasywnych. Przypuszcza się, że te gigantyczne, raczej egzotyczne gwiazdy istniały przez krótki czas we wczesnym Wszechświecie.
Czytaj więcej: Jak czarne dziury stają się super masywne?
W przeciwieństwie do zwykłych gwiazd, supermasywne gwiazdy są stabilizowane przeciw grawitacji głównie przez własne promieniowanie fotonowe. W bardzo masywnej gwiazdy promieniowanie fotonowe - zewnętrzny strumień fotonów generowany z powodu bardzo wysokich temperatur wewnętrznych gwiazdy - wypycha gaz z gwiazdy na zewnątrz w przeciwieństwie do siły grawitacji, która przyciąga gaz z powrotem.
Podczas swojego życia supermasywna gwiazda powoli ochładza się z powodu utraty energii w wyniku emisji promieniowania fotonowego. Gdy gwiazda ostygnie, staje się bardziej zwarta, a jej gęstość centralna powoli rośnie. Proces ten trwa kilka milionów lat, dopóki gwiazda nie osiągnie wystarczającej zwartości, aby niestabilność grawitacyjna mogła się rozpocząć, a gwiazda zaczęła się zapadać grawitacyjnie.
Poprzednie badania przewidywały, że gdy gwiazdy supermasywne zapadają się, zachowują kulisty kształt, który prawdopodobnie ulega spłaszczeniu z powodu szybkiego obrotu. Ten kształt nazywa się konfiguracją osiowo-symetryczną. Uwzględniając fakt, że bardzo szybko obracające się gwiazdy są podatne na drobne zaburzenia, Reisswig i jego koledzy przewidzieli, że zaburzenia te mogą spowodować, że gwiazdy zmienią się wnie-symetryczne kształty podczas zawalenia. Takie początkowo małe zakłócenia gwałtownie wzrosłyby, ostatecznie powodując zbrylanie się gazu wewnątrz zapadającej się gwiazdy i tworzenie fragmentów o dużej gęstości.
„Wzrost czarnych dziur do supermasywnych łusek w młodym wszechświecie wydaje się możliwy tylko wtedy, gdy masa„ nasienia ”zapadającego się obiektu była już wystarczająco duża.”
- Christian Reisswig, członek NASA Einstein Postdoctoral w Caltech
Fragmenty te krążą wokół centrum gwiazdy i stają się coraz bardziej gęste, gdy zbierają materię podczas zapadania się; zwiększyłyby również temperaturę. A potem, jak mówi Reisswig, „rozpoczyna się interesujący efekt”. W wystarczająco wysokich temperaturach dostępna byłaby wystarczająca ilość energii, aby dopasować elektrony i ich antycząstki lub pozytony do tak zwanych par elektron-pozytron. Utworzenie par elektron-pozyton spowodowałoby spadek ciśnienia, co jeszcze bardziej przyspieszyłoby rozpad; w rezultacie dwa krążące fragmenty stałyby się ostatecznie tak gęste, że przy każdej bryle mogłaby powstać czarna dziura. Para czarnych dziur może następnie spiralnie łączyć się wokół siebie, a następnie łączyć w jedną wielką czarną dziurę.
„To nowe odkrycie” - mówi Reisswig. „Nikt nigdy nie przewidział, że pojedyncza zapadająca się gwiazda może wytworzyć parę czarnych dziur, które następnie łączą się”.
Odkrycia zostały opublikowane w Listy z przeglądu fizycznego tydzień 11 października. Źródło: artykuł informacyjny Caltech autorstwa Jessiki Stoller-Conrad.
