Det er et av gåtene til kosmologi og fantastisk evolusjon: hvordan ble supermassive sorte hull så ... vel, super ...i det tidlige universet, da det tilsynelatende ikke hadde gått nok tid til dem til å samle massen gjennom jevn akkretjonsprosesser alene? Det tar en stund å spise opp en milliard solmasser 'verdig materie, selv med en sunn appetitt og mye innen gravitasjons rekkevidde. Men likevel er de det: monster-sorte hull er vanlige i noen av de fjerneste galakene, og de flakser deres fremtidige vekst selv om universet bare feiret en milliardårsdag.
Nå antyder nyere funn fra forskere ved Caltech at disse eldgamle SMB-ene ble dannet av dødsfallet til visse typer primordiale kjempestjerner, eksotiske stjernedinosaurer som vokste seg store og døde unge. Under deres voldelige kollaps ikke bare en, men to sorte hull dannes, som hver samler sin egen masse før de til slutt kombineres til et eneste supermassivt monster.
Se en simulering og finn ut mer om hvordan dette skjer nedenfor:
Fra en Caltech nyhetsartikkel av Jessica Stoller-Conrad:
For å undersøke opprinnelsen til unge supermassive sorte hull, Christian Reisswig, NASA Einstein Postdoktor i Astrofysikk ved Caltech og Christian Ott, assisterende professor i teoretisk astrofysikk, henvendte seg til en modell som involverte supermassive stjerner. Disse gigantiske, ganske eksotiske stjernene antas å ha eksistert bare en kort tid i det tidlige universet.
Les mer: Hvordan blir svarte hull supermassive?
I motsetning til vanlige stjerner, er supermassive stjerner stabilisert mot tyngdekraften for det meste av sin egen fotonstråling. I en veldig massiv stjerne skyver fotonstråling - den utadrettede strømmen av fotoner som genereres på grunn av stjernens meget høye indre temperaturer - gass fra stjernen utover i motsetning til tyngdekraften som trekker gassen inn igjen.
I løpet av livet avkjøles en supermassiv stjerne sakte på grunn av energitap gjennom utslipp av fotonstråling. Når stjernen avkjøles, blir den mer kompakt, og dens sentrale tetthet øker sakte. Denne prosessen varer i et par millioner år til stjernen har nådd tilstrekkelig kompakthet for gravitasjonell ustabilitet å sette seg inn og for stjernen å begynne å kollapse gravitasjonsmessig.
Tidligere studier spådde at når supermassive stjerner kollapser, opprettholder de en sfærisk form som muligens blir flatet på grunn av rask rotasjon. Denne formen kalles en aksymmetrisk konfigurasjon. Reisswig og hans kolleger spår det faktum at veldig raskt spinnende stjerner er utsatt for små forstyrrelser, og spådde at disse forstyrrelsene kan føre til at stjernene avviker tilikke-akse symmetriske former under kollapsen. Slike innledningsvis ørsmå forstyrrelser ville vokse raskt og til slutt føre til at gassen inne i den kollapsende stjernen klumpet seg og danner fragmenter med høy tetthet.
"Veksten av sorte hull til supermassiv skala i det unge universet virker bare mulig hvis den" frø "-massen til det kollapsende objektet allerede var tilstrekkelig stor."
- Christian Reisswig, NASA Einstein postdoktor ved Caltech
Disse fragmentene ville gå i bane rundt stjernen og bli stadig tettere når de plukket opp materie under kollapsen; de ville også øke i temperaturen. Og så, sier Reisswig, "en interessant effekt sparker inn." Ved tilstrekkelig høye temperaturer vil det være nok energi tilgjengelig til å matche elektroner og deres antipartikler, eller positroner, i det som er kjent som elektron-positronpar. Opprettelse av elektron-positronpar ville føre til tap av trykk og ytterligere akselerere kollapsen; som et resultat ville de to kretsende fragmentene til slutt bli så tette at det kunne dannes et svart hull ved hver klump. Paret med sorte hull kan deretter sno seg rundt hverandre før de slås sammen til et stort svart hull.
"Dette er et nytt funn," sier Reisswig. "Ingen har noen gang spådd at en enkelt kollapsende stjerne kan produsere et par sorte hull som deretter smelter sammen."
Disse funnene ble publisert i Fysiske gjennomgangsbrev uken 11. oktober. Kilde: Caltech nyhetsartikkel av Jessica Stoller-Conrad.
