Super-Massive Black Holes (SMBH) er vanskelig å forklare. Disse gigantiske singularitetene antas å være i sentrum av hver eneste store galakse (vår Melkevei har en), men deres tilstedeværelse der trosser noen ganger enkel forklaring. Så vidt vi vet, dannes sorte hull når gigantiske stjerner kollapser. Men den forklaringen stemmer ikke med alle bevisene.
Stjernekollaps-teorien gjør en god jobb med å forklare de fleste sorte hull. I den teorien begynner en stjerne som er minst fem ganger mer massiv enn solen vår, å bli tom for drivstoff nær slutten av livet. Siden det ytre trykket til en stjerners kjernefusjon er det som støtter den mot den innadgående tyngdekraften fra sin egen masse, må noe gi når drivstoffet renner ut.
Stjernen gjennomgår en hypernovaeksplosjon, og kollapserer deretter inn på seg selv. Det som er igjen er et svart hull. Astrofysikere tror at SMBH-er starter på denne måten, og vokser til sine enorme størrelser ved å "mate" på annen materie. De svulmer opp i størrelse, og sitter i midten av tyngdekraften, som en edderkopp som blir fetende midt på nettet.
Problemet med den forklaringen er at det tar lang tid å skje.
Ute i universet har forskere observert SMBH som er eldgamle. I mars i år kunngjorde en gruppe astronomer oppdagelsen av 83 SMBH-er som er så eldgamle at de trosset vår forståelse. I 2017 oppdaget astronomer et 800 millioner solmasse svart hull som ble fullstendig dannet bare 690 millioner år etter Big Bang. De ble til i de tidligere dagene av universet, før det var tid til å vokse til deres supermassive former.
Mange av disse SMBH-ene er milliarder ganger mer massive enn sola. De er på så høye rødskift, at de må ha blitt dannet de første 800 millioner årene etter Big Bang. Men det er ikke nok tid til at den stjernekollaps modellen kan forklare dem. Spørsmålet som astrofysikere står overfor, er, hvordan ble de sorte hullene så store på så lite tid?
Et par forskere ved Western University i Ontario, Canada, tror de har funnet ut av det. De har en ny teori kalt ‘direkte kollaps’ som forklarer disse utrolig gamle SMBH-ene.
Artikkelen deres har tittelen “Massefunksjonen til supermassive svarte hull i scenariet med direkte sammenbrudd” og er publisert i The Astrophysical Journal Letters. Forfatterne er Shantanu Basu og Arpan Das. Basu er en anerkjent ekspert på de tidlige stadiene av stjernedannelse og protoplanetær diskutvikling. Han er også astronomiprofessor ved Western University. Das er også fra Western's Department of Physics and Astronomy.
Deres direkte kollapssteori sier at de gamle supermassive sorte hullene dannet seg ekstremt raskt på veldig korte tidsperioder. Så plutselig sluttet de å vokse. De utviklet en ny matematisk modell for å forklare disse raskt dannende, gamle svarte hullene. De sier at Eddington-grensen, som er en balanse mellom en stjerners utstrålende kraft og den indre gravitasjonskraften, spiller en rolle.
I disse direkte kollaps sorte hullene regulerer Eddington Limit masseveksten, og forskerne sier at disse eldgamle sorte hullene til og med kan overskride denne grensen med en liten mengde, i det de kaller super-Eddington akkresjon. På grunn av stråling produsert av andre stjerner og sorte hull, stoppet deres produksjon.
"Supermassive sorte hull hadde bare en kort periode hvor de var i stand til å vokse raskt, og på et tidspunkt, på grunn av all strålingen i universet som ble skapt av andre sorte hull og stjerner, stoppet produksjonen deres," forklarer Basu i en pressemelding. "Det er scenariet med direkte sammenbrudd."
"Dette er indirekte observasjonsbevis for at sorte hull stammer fra direkte kollaps og ikke fra stjerners rester," sa Basu.
Denne nye teorien gir en effektiv forklaring på hva som har vært en tornelig problemstilling i astronomi i noen tid. Basu mener at disse nye resultatene kan brukes med fremtidige observasjoner for å utlede formasjonshistorien til de ekstremt massive sorte hullene som eksisterer på veldig tidlige tider i vårt univers.
Kilder:
- Pressemelding: Forskere lyser svart opprinnelse fra svart hull
- Forskningsoppgave: Massefunksjonen til supermassive svarte hull i scenariet med direkte sammenbrudd
- Space Magazine: For stor, for snart. Monster Black Hole Sett kort etter Big Bang
- Princeton University: Astronomer oppdager 83 supermassive sorte hull i det tidlige universet
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Limit)
