Największe czarne dziury we wszechświecie uformowane w snapie – potem zatrzymane


Około 13 miliardów lat temu, kiedy nasz wszechświat był wciąż tylko nieudolnym startem, kosmos uderzył w twórczą smugę i wyrzucił supermasywne czarne dziury w lewo, w prawo i w środku.

Astronomowie wciąż mogą rzucić okiem na te relikty wczesnego wszechświata, gdy patrzą na kwazary, niewiarygodnie duże, wyjątkowo jasne obiekty, które są uważane za napędzane przez stare czarne dziury miliardy razy bardziej masywne niż Słońce Ziemi. Jednak samo istnienie tych starożytnych obiektów stanowi problem. Wydaje się, że wiele kwazarów pochodzi z pierwszych 800 milionów lat wszechświata, na długo przedtem, zanim jakiekolwiek gwiazdy mogłyby stać się na tyle duże lub stare, by zapaść się pod własną masą, eksplodować w supernowej i utworzyć czarną dziurę.

Więc skąd biorą się te stare dziury w strukturze czasoprzestrzeni? Zgodnie z jedną popularną teorią, może wystarczy dużo gazu.

W nowym badaniu, opublikowanym 28 czerwca w The Astrophysical Journal Letters, naukowcy opracowali model komputerowy, aby pokazać, że pewne supermasywne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie mogły uformować się przez zwykłe nagromadzenie ogromnej ilości gazu w jednej grawitacyjnie związanej chmurze. Naukowcy odkryli, że w ciągu kilkuset milionów lat wystarczająco duża chmura może zapaść się pod własną masą i stworzyć małą czarną dziurę – nie jest wymagana żadna supernowa.

Te teoretyczne obiekty znane są jako czarne dziury bezpośredniego zapadania się (DCBH). Według eksperta od czarnej dziury, Shantanu Basu, głównego autora nowego badania i astrofizyka z Western University w Londynie, Ontario, jedną z definiujących cech DCBH jest to, że musiały one powstać 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 na żywo w e-mailu. „Te, które powstają na początku okna czasowego 150 milionów lat, mogą zwiększyć swoją masę o współczynnik 10 tysięcy”.

Jak chmura gazu staje się czarną dziurą? Zgodnie z badaniem z 2017 r., Taka transformacja wymaga dwóch galaktyk o bardzo różnych osobowościach: jednej z nich jest kosmiczny overaciever, który formuje wiele małych gwiazd, a drugi niskiej tonacji bezgwiezdnego gazu.

Gdy w ruchliwej galaktyce tworzą się nowe gwiazdy, wyrzucają stały strumień gorącego promieniowania, który obmywa sąsiednią galaktykę, zapobiegając koalescencji gazu do własnych gwiazd. W ciągu kilkuset milionów lat ta bezgwiezdna chmura gazowa mogłaby nagromadzić tak wiele materii, że po prostu zapadła się pod własnym ciężarem, tworząc czarną dziurę, nie tworząc nigdy gwiazdy, jak stwierdził Basu.

Wkrótce ta „czarna” dziura może osiągnąć status supermasywny, szybko pochłaniając materię z pobliskich mgławic – prawdopodobnie rodząc olbrzymie kwazary, które widzimy dzisiaj.

W 2009 roku masywna gwiazda N6946-BH1 świeciła 1 milion razy jaśniej niż słońce. Do 2015 roku zniknął bez śladu. Astronomowie uważają, że jest to rzadki dowód, że gwiazda zapada się w czarną dziurę bez przechodzenia przez supernową.

(Źródło zdjęcia: NASA / ESA / C. Kochanek (OSU))

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 mógł nastąpić. W ciągu 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu mogło już istnieć tak wiele promieniowania tła we wszechświecie, że supermasywna czarna dziura miałaby trudności ze znalezieniem wystarczającej ilości gazu do zasysania i kontynuowania jego wykładniczego wzrostu.

„Nie zakładamy nowej produkcji [supermassive] czarne dziury po tym 150-milionowym okresie – powiedział Basu. – To wyjaśnia, dlaczego gwałtownie spada liczba czarnych dziur powyżej pewnej masy i jasności we wszechświecie.

Podczas gdy DCBH pozostają na razie teoretyczne, niektórzy astronomowie sądzą, że Kosmiczny Teleskop Hubble'a mógł w rzeczywistości złapać taki obiekt obiektowy w 2017 roku. Według autorów badania z tego roku na ten temat gigantyczna gwiazda po prostu zniknęła przed okiem kamery Hubble , znikające bez charakterystycznego błysku supernowej. Najlepszym wytłumaczeniem, jak napisali naukowcy, jest to, że masywna gwiazda po prostu zapadła się w czarną dziurę bez pompowania i fajerwerków.

Podczas wieloletniej ankiety, która zakończyła się badaniem w 2017 r., Sześć innych pobliskich gwiazd eksplodowało w ogniu i wściekłości, co sugeruje, że mniej więcej 1 na 7 (14%) dużych gwiazd osiąga swoje cele, po prostu znikając w pustce.

Pierwotnie opublikowane na Live Science.