Około 13 miliardów lat temu, kiedy nasz wszechświat wciąż był tylko chwiejnym początkiem, kosmos uderzył w twórczą serię i wyrzucił supermasywne czarne dziury po lewej, prawej i na środku.
Astronomowie wciąż mogą rzucić okiem na te relikty wczesnego wszechświata, gdy patrzą na kwazary, niewiarygodnie duże, niezwykle jasne obiekty, które mają być zasilane przez stare czarne dziury miliardy razy masywniejsze niż Słońce. Jednak samo istnienie tych starożytnych obiektów stanowi problem. Wydaje się, że wiele kwazarów powstało w ciągu pierwszych 800 milionów lat wszechświata, na długo przed tym, zanim jakakolwiek gwiazda mogła urosnąć lub stać się wystarczająco duża, aby zapaść się pod własną masą, wybuchnąć w supernowej i utworzyć czarną dziurę.
Skąd więc te stare dziury w strukturze czasoprzestrzeni? Według jednej popularnej teorii może wystarczy całe mnóstwo gazu.
W nowym badaniu, opublikowanym 28 czerwca w The Astrophysical Journal Letters, naukowcy uruchomili model komputerowy, aby wykazać, że pewne supermasywne czarne dziury we wczesnym wszechświecie mogły powstać po prostu gromadząc olbrzymią ilość gazu w jednej chmurie związanej grawitacyjnie. Naukowcy odkryli, że za kilkaset milionów lat wystarczająco duża taka chmura może zapaść się pod własną masą i stworzyć małą czarną dziurę - nie jest wymagana supernowa.
Te teoretyczne obiekty są znane jako bezpośrednie czarne zapadanie się (DCBH). Według eksperta od czarnej dziury, Shantanu Basu, głównego autora nowego badania i astrofizyka z Western University w Londynie w Ontario, jedną z charakterystycznych cech DCBH jest to, że musieli oni uformować się bardzo, bardzo szybko w bardzo krótkim czasie w wczesny wszechświat.
„Czarne dziury powstają w ciągu zaledwie około 150 milionów lat i szybko rosną w tym czasie”, powiedział Basu do Live Science w e-mailu. „Te, które powstają na początku 150-letniego okresu czasu, mogą zwiększyć swoją masę 10-krotnie”.
Jak chmura gazu staje się czarną dziurą? Według badań z 2017 r. Taka transformacja wymaga dwóch galaktyk o bardzo różnych osobowościach: jedna z nich to kosmiczny władca, który tworzy wiele małych gwiazd, a drugi niewielką stertę bezgwiezdnego gazu.
Gdy nowe gwiazdy formują się w ruchliwej galaktyce, emitują stały strumień gorącego promieniowania, które zmywa sąsiednią galaktykę, zapobiegając zlewaniu się tam gazu w swoje własne gwiazdy. Basu odkrył, że w ciągu kilkuset milionów lat ta bezgwiezdna chmura gazu mogła pomieścić tyle materii, że po prostu zapada się pod własnym ciężarem, tworząc czarną dziurę bez tworzenia gwiazdy.
Wkrótce ta czarna „dziura” mogła osiągnąć status supermasywny, gwałtownie pochłaniając materię z pobliskich mgławic - prawdopodobnie rodząc gigantyczne kwazary, które dziś widzimy.
Według Basu, ten akt kosmicznej choreografii mógł być możliwy tylko przez krótki okres czasu, w ciągu pierwszych 800 milionów lat życia wszechświata, zanim przestrzeń stała się zbyt zatłoczona gwiazdami i innymi czarnymi dziurami, aby proces ten nastąpił. W ciągu 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu we wszechświecie mogło już być tak dużo promieniowania tła, że supermasywna czarna dziura miałaby trudności ze znalezieniem wystarczającej ilości gazu, aby wyssać i kontynuować swój gwałtowny wzrost.
„Nie zakładamy nowej produkcji czarnych dziur po tym 150-milionowym okresie”, powiedział Basu. „To wyjaśnia, dlaczego istnieje gwałtowny spadek liczby czarnych dziur powyżej pewnej masy i jasności we wszechświecie”.
Podczas gdy DCBH pozostają na razie teoretyczne, niektórzy astronomowie uważają, że Kosmiczny Teleskop Hubble'a mógł faktycznie złapać taki obiekt, który powstał w 2017 roku. Według autorów badań z tego roku gigantyczna gwiazda po prostu zniknęła przed kamerą Hubble'a oko, znikające bez charakterystycznego błysku supernowej. Najlepszym wyjaśnieniem, jak napisali naukowcy, jest to, że masywna gwiazda po prostu zapadła się w czarną dziurę bez pompowania lub fajerwerków.
Podczas wieloletniej ankiety, która zakończyła się badaniem w 2017 r., Sześć innych pobliskich gwiazd eksplodowało w ogniu i furii, co sugeruje, że około 1 na 7 (14%) dużych gwiazd kończy się, po prostu znikając w pustce.
