Astronomowie wierzą teraz, że supermasywna czarna dziura znajduje się w centrum prawie każdej galaktyki we Wszechświecie. W przeciwieństwie do czarnych dziur o masie gwiazdowej wersje supermasywne mogły uformować się inaczej, przechodząc od chmury gazu bezpośrednio do czarnej dziury - całkowicie pomijając scenę gwiezdną.
Od czasu ich odkrycia astronomowie wciąż nie wiedzą, jak przebiegały supermasywne czarne dziury. Ale są w większości galaktyk. W rzeczywistości obserwacje kwazarów pokazują, że supermasywne czarne dziury były obecne we wczesnym Wszechświecie. Kwazary to jedne z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie, płonące od promieniowania emitowanego przez supermasywne czarne dziury aktywnie zużywające materiał.
Jedną z możliwości jest to, że te potwory miały skromne początki, zaczynając od masywnej gwiazdy, przechodząc do supernowej, a następnie stając się czarną dziurą. Jest to proces, który astronomowie rozumieją dość dobrze. Problem z tą teorią polega na tym, że te wczesne supermasywne czarne dziury musiały stale rosnąć od samego początku, w maksymalnym tempie przewidywanym przez fizykę. I jak dziś widzimy, galaktyki przechodzą etapy aktywne i spoczynkowe w zależności od tego, kiedy ich czarna dziura zużywa materiał.
Ale drugą możliwością jest to, że te czarne dziury uformowały się bezpośrednio, przyciągając tyle materiału, że całkowicie ominęły gwiezdny etap.
Dr Mitchell C. Begelman, profesor na Wydziale Nauk Astrofizycznych i Planetarnych na University of Colorado, Boulder niedawno opublikował artykuł zatytułowany Czy supermasywne czarne dziury powstały przez bezpośrednie załamanie? W tym artykule zarysowano alternatywną teorię powstawania czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.
Po Wielkim Wybuchu Wszechświat ochłodził się wystarczająco, aby pierwsze gwiazdy mogły powstać z pierwotnego wodoru i helu. To był czysty materiał, nieskażony przez poprzednie generacje gwiazd. Astronomowie obliczyli, że te pierwsze gwiazdy, zwane Populacją III, miałyby maksymalną szybkość, z jaką mogliby zebrać materiał razem, tworząc gwiazdę.
Ale co, jeśli wokół będzie znacznie więcej gazu? Daleko poza granice, które mogą tworzyć gwiazdę.
W przypadku zwykłej gwiazdy materiał wchodzi stosunkowo powoli, tworząc centralną masę. Przy wystarczającej masie gwiazda zapala się, a to wytwarza ciśnienie zewnętrzne, które powstrzymuje dalsze zbyt ścisłe zagęszczanie materiału.
Ale dr Begelman obliczył, że jeśli wskaźnik nieskończoności przekroczy zaledwie kilka dziesiątych masy Słońca rocznie, jądro gwiezdne byłoby tak ściśle związane, że uwolnienie energii w wyniku fuzji jądrowej nie wystarczyłoby, aby powstrzymać jądro kontrakt. Nigdy nie miałbyś gwiazdy, po prostu zmieniłbyś się z chmury wodoru w ściśle związaną masę centralną. A potem czarna dziura.
Pytanie brzmi: czy możliwe byłoby tak szybkie połączenie materiału? Może, jeśli coś ją popycha ... jak ciemna materia. Według dr Begelmana może istnieć kilka sytuacji, w których siła zewnętrzna, na przykład grawitacja z dużej aureoli ciemnej materii, może działać w celu wtłaczania gazu do centralnego obszaru. W rzeczywistości obliczono, że materiał tak szybko wpada w czarną dziurę, ponieważ jest to szybkość, jaką zajmuje kwazary mocy. Ale pytanie brzmi: czy to zadziała, jeśli nie ma tam czarnej dziury, czy jest naprawdę mała.
Gdy zgromadzonych zostanie kilka mas Słońca, rdzeń zaczyna się kurczyć pod wpływem rosnącej masy. Obiekt przechodzi krótki okres syntezy jądrowej, gdy osiąga 100 mas Słońca, ale przechodzi przez tę fazę tak szybko, że nie ma szans na dalszą ekspansję.
Ostatecznie obiekt osiąga kilka tysięcy mas Słońca, a jego temperatura wzrosła do kilkuset milionów stopni. W tym momencie grawitacja ostatecznie przejmuje kontrolę, zapadając rdzeń i przekształcając obiekt w czarną dziurę o masie 10-20 mas Słońca, która następnie zaczyna pochłaniać całą otaczającą go masę.
Od tego momentu czarna dziura jest w stanie skutecznie przyciągać dalszy materiał, rosnąc na maksymalnych poziomach przewidywanych przez fizykę, ostatecznie zbierając miliony razy masę Słońca. Jeśli wpadnie zbyt dużo materiału, supermasywna czarna dziura dziecka może działać jak mini-kwazar - dr Begelman nazwał to „kwazistarem” - płonącym promieniowaniem, gdy materiał infallingu cofa się w otoczeniu czarnej dziury.
I jest dobra wiadomość: te kwazistary mogą być wykryte przez potężne teleskopy. Jednak miałyby one bardzo krótkie okresy życia, trwające tylko 100 000 lat. Mogą być nieznacznie wykrywalne przez nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.
Oryginalne źródło: papier Arxiv
