Tähtitieteilijät ovat löytäneet joitain erittäin vanhoja supermassiivisia mustia reikiä, jotka syntyivät, kun maailmankaikkeus oli aika nuori. Mutta he olivat hämmästyneitä siitä, kuinka musta reikä voisi kasvaa niin valtavaan kokoon, kun itse maailmankaikkeus oli vain taapero.
Tähtitieteilijät ovat nyt löytäneet ainutlaatuisen joukon olosuhteita, jotka olivat läsnä puoli miljardia vuotta Ison räjähdyksen jälkeen, joka salli näiden hirviöiden mustien reikien muodostumisen. Epätavallinen voimakkaan säteilyn lähde loi ns. Suorat romahtavat mustat aukot.
"Se on kosminen ihme", sanoi Volker Bromm Austinin Texasin yliopistosta, joka työskenteli löytössä useiden tähtitieteilijöiden kanssa. "Se on ainoa kerta maailmankaikkeuden historiassa, kun olosuhteet ovat heidän kannalta oikeat muodostaa."
Tavanomaista ymmärrystä mustien reikien muodostumisesta kutsutaan akryptioteorialle, jossa erittäin massiivinen tähti romahtaa ja mustien aukkojen "siemenet" rakennetaan romahduksesta vetämällä kaasua ympäristöönsä ja yhdistämällä pienempiä mustia aukkoja. Mutta tämä prosessi vie kauan, paljon kauemmin kuin aika, jonka nämä nopeasti muodostuvat mustat aukot olivat ympärillä. Lisäksi varhaisessa maailmankaikkeudessa ei ollut tarpeeksi kaasu- ja pölymääriä, jotta supermassiiviset mustat reiät kasvaisivat jättiläiskokoonsa.
Uusien havaintojen mukaan sen sijaan jotkut ensimmäisistä mustista reikistä muodostuivat suoraan, kun kaasupilvi romahti, ohittaen kaikki muut välivaiheet, kuten massiivisen tähden muodostuminen ja myöhempi tuhoaminen.
Tietenkin, kuten mitä tahansa mustaa reikää, näitä ”suoran romahtamisen” mustia reikiä ei voida nähdä. Mutta niiden olemassaolosta oli vahvaa näyttöä, koska niitä tarvitaan nuoressa maailmankaikkeudessa havaittujen erittäin valoisten kvaasarien voimistamiseen. Kvaasin suuri kirkkaus tulee siitä, että aine spiraalistuu supermassiiviseksi mustaksi reikäksi, kuumentuen miljooniin asteisiin, luomalla suihkut, jotka loistavat kuin majakat ympäri maailmankaikkeutta. Mutta koska lisäysteoria ei selitä supermassiivisia mustia reikiä erittäin kaukana - ja siksi nuoressa - universumissa, tähtitieteilijät eivät myöskään pystyneet selittämään kvasaareja. Tätä on kutsuttu "kvaasarin siemenongelmaksi".
"Varhaisessa maailmankaikkeudessa havaitut kvasaarit muistuttavat jättiläisiä vauvoja jakeluhuoneessa, joka on täynnä normaaleja lapsia", sanoi Avi Loeb Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta, joka työskenteli Brommin kanssa. ”Joku ihmettelee: mikä on erityistä ympäristössä, joka kasvatti näitä jättiläisiä vauvoja? Tyypillisesti kylmän kaasun varastot läheisissä galakseissa, kuten Linnunrata, kulutetaan lähinnä tähtiä muodostettaessa. "
Mutta vuonna 2003 Bromm ja Loeb keksivät teoreettisen idean varhaisen galaksin saamiseksi supermassiivisen siemenmusta aukon muodostamiseksi tukahduttamalla tähtien muodostumisen muuten kieltävä energian syöttö. He kutsuivat prosessia ”suoraksi romahdukseksi”.
"Aloita" alkuperäisellä vety- ja heliumpilvella, joka on käytetty ultraviolettisäteilyn meressä ", Bromm sanoi. “Puristat tämän pilven tumma-ainehaloksen painovoimakentässä. Normaalisti pilvi kykenee jäähtymään ja hajoamaan muodostaen tähtiä. Ultraviolettifotonit pitävät kuitenkin kaasun kuumana, estäen täten tähteiden muodostumisen. Nämä ovat halutut, melkein ihmeelliset olosuhteet: romahtaa ilman pirstoutumista! Kun kaasu muuttuu entistä kompaktivammaksi, lopulta sinulla on edellytykset massiiviselle mustalle aukolle. ”
Tämä kosmisten olosuhteiden sarja näyttää olevan olemassa vain hyvin varhaisessa universumissa, ja tätä prosessia ei tapahdu galakseissa nykyään.
Heidän teoriansa testaamiseksi Bromm, Loeb ja heidän kollegansa Aaron Smith aloittivat tutkimuksen CR7-nimisen galaksin, jonka HOSCLOS-teleskooppitutkimus nimeltään COSMOS havaitsi olevan noin miljardi vuotta suuremman räjähdyksen jälkeen.
David Sobral Lissabonin yliopistosta oli tehnyt seurantatutkimuksia CR7: stä joidenkin maailman suurimpien maapallon kaukoputkien kanssa, mukaan lukien Keck ja VLT. Nämä paljastivat joitain erittäin epätavallisia piirteitä CR7: n tulevasta kevyestä allekirjoituksesta. Erityisesti Lyman-alfa-vetylinja oli useita kertoja odotettua kirkkaampi. Merkille pantavaa, spektri osoitti myös epätavallisen kirkkaan heliumlinjan.
"Mikä tahansa tämän lähteen ajo on erittäin kuuma - tarpeeksi kuuma ionisoimaan heliumia", Smith sanoi noin 100 000 celsiusastetta.
Nämä ja muut spektrin epätavalliset piirteet tarkoittivat, että se voi olla joko alkukirjojen klusteri tai supermassiivinen musta reikä, joka todennäköisesti muodostuu suoran romahduksen kautta.
Smith suoritti simulaatioita molemmille skenaarioille ja vaikka tähtiklusterin skenaario "näyttävästi epäonnistui", Smith kertoi, suoran romahtamisen mustan aukon malli sujui hyvin.
Lisäksi aiemmin tänä vuonna tutkijat käyttivät Chandran röntgen observatorion, Hubble Space Telescopen ja Spitzer Space Telescopen yhdistettyjä tietoja näiden mahdollisten mustan aukon siementen tunnistamiseksi. He löysivät kaksi objektia, molemmat vastasivat infrapunadatan teoreettista profiilia. (lue heidän paperinsa täältä.)
Näyttää siltä, että tähtitieteilijät ovat "lähentymässä tätä mallia", Smith sanoi kvasarinsiemenongelman ja varhaisen mustan aukon käsityksen ratkaisemiseksi.
Pysy kanavalla.
Brommin, Loebin ja Smithin teokset julkaistaan kuukausittaisessa ilmoituksessa Royal Astronomical Society -lehdessä.
Lähteet:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, lehdistötiedote NASA: n aiemmin tänä vuonna havaitsemiseksi suorien romahtavien mustien reikien havaitsemiseksi.
