Se on yksi kosmologian ja tähtien evoluution arvoituksista: kuinka supermassiiviset mustat aukot saivat niin ... no, supermassive ...varhaisessa maailmankaikkeudessa, kun näennäisesti ei vielä ollut kulunut tarpeeksi aikaa kerätä massaansa pelkästään tasaisten lisäysprosessien kautta? Kestää jonkin aikaa, kun syödään miljardin aurinkomassan arvoinen aine, jopa terveellisellä ruokahalulla ja paljon painovoiman ulottuvilla. Mutta silti niitä on: hirviömäiset mustat aukot ovat yleisiä joissakin kaukaisimmissa galakseissa, jotka uhraavat niiden varhaista kasvua jopa silloin, kun maailmankaikkeus juhlii juuri miljardia syntymäpäiväänsä.
Nyt Caltechin tutkijoiden äskettäiset havainnot viittaavat siihen, että nämä muinaiset pienet ja keskisuuret yritykset syntyivät kuolemalla tietyntyyppisiä alkeellisia jättilähteitä, eksoottisia tähtidinosauruksia, jotka kasvoivat suureksi ja kuolivat nuorena. Heidän väkivaltaisen romahduksen aikana ei vain yksi kaksi muodostetaan mustia reikiä, kukin keräämällä oman massansa ennen yhdistämistä lopulta yhdeksi supermassiiviseksi hirviöksi.
Katso simulaatio ja lue lisää miten tämä tapahtuu alla:
Jessica Stoller-Conradin Caltech-uutisartikkelista:
NASA: n Einsteinin astefysiikan tutkijatohtori Caltechista Christian Reisswig ja teoreettisen astrofysiikan apulaisprofessori Christian Ott tutkivat nuorten supermassiivisten mustien aukkojen alkuperää malliksi, johon osallistuvat supermassiiviset tähdet. Nämä jättiläiset, melko eksoottiset tähdet oletetaan olevan olemassa vain lyhyen aikaa varhaisessa maailmankaikkeudessa.
Lue lisää: Kuinka mustat reiät saavat erittäin massiivisia?
Toisin kuin tavalliset tähdet, supermassiiviset tähdet vakautetaan painovoimaa vastaan enimmäkseen omalla fotonisäteilyllä. Erittäin massiivisessa tähdessä fotonisäteily - fotonien ulosvirta, joka syntyy tähden erittäin korkeiden sisälämpötilojen vuoksi - työntää kaasua tähtistä ulospäin vastakohtana painovoimalle, joka vetää kaasun takaisin sisään.
Supermassiivinen tähti jäähtyy elämänsä aikana hitaasti fotonisäteilyn aiheuttaman energiahäviön takia. Tähden jäähtyessä siitä tulee tiiviimpi ja sen keskitiheys kasvaa hitaasti. Tämä prosessi kestää pari miljoonaa vuotta, kunnes tähti on saavuttanut riittävän kompaktin painovoiman epävakauden asettamiseksi paikalleen ja tähden alkavan romahtaa painovoimaisesti.
Aikaisemmat tutkimukset ennustivat, että kun supermassiiviset tähdet romahtavat, ne säilyttävät pallomaisen muodon, joka mahdollisesti tasoittuu nopean pyörimisen takia. Tätä muotoa kutsutaan akselisymmetriseksi kokoonpanoksi. Reisswig ja hänen kollegansa ennustivat, että erittäin nopeasti pyörivät tähdet ovat alttiita pienille häiriöille, ja näiden häiriöiden seurauksena tähdet voivat poiketaei-aksisymmetriset muodot romahduksen aikana. Sellaiset alun perin pienet häiriöt kasvaisivat nopeasti, aiheuttaen lopulta kaasun romahtavan tähden sisällä rypistyvän ja muodostaen korkean tiheyden fragmentteja.
"Mustien reikien kasvu supermassiivisiksi asteikkoiksi nuoressa maailmankaikkeudessa näyttää olevan mahdollista vain, jos romahtavan esineen" siemen "massa oli jo riittävän suuri."
- Christian Reisswig, NASA Einsteinin tutkijatohtori Caltechissa
Nämä katkelmat kiertävät tähden keskustaa ja muuttuvat yhä tiheämmiksi, kun ne ottivat aineen romahduksen aikana; ne myös nousisivat lämpötilaa. Ja sitten, Reisswig sanoo, "mielenkiintoinen vaikutus ilmaantuu." Riittävän korkeissa lämpötiloissa olisi käytettävissä riittävästi energiaa elektronien ja niiden antihiukkasten tai positronien sovittamiseksi yhteen niin kutsuttuihin elektroni-positronipareihin. Elektroni-positroniparien luominen aiheuttaisi paineen menetystä, mikä edelleen kiihdyttäisi romahtamista; seurauksena kahdesta kiertävästä fragmentista tulee lopulta niin tiheä, että jokaisessa klumpussa voi muodostua musta reikä. Pari mustaa reikää saattaa sitten kiertyä toistensa ympäri ennen sulautumista yhdeksi suureksi mustaksi reikäksi.
"Tämä on uusi löytö", Reisswig sanoo. "Kukaan ei ole koskaan ennustanut, että yksi romahtava tähti voisi tuottaa parin mustia reikiä, jotka sitten sulautuvat yhteen."
Nämä havainnot julkaistiin Fyysiset tarkistuskirjeet viikko 11. lokakuuta. Lähde: Caltech-uutisartikkeli Jessica Stoller-Conradilta.
