Prije otprilike 13 milijardi godina, kada je naš svemir bio samo bezobličan startup, kosmos je pogodio kreativni niz i probio supermasivne crne rupe lijevo, desno i u sredini.
Astronomi još uvijek mogu zaviriti u ove relikvije ranog svemira kad pogledaju kvazare, nevjerojatno velike, izvanredno svijetle predmete za koje se misli da ih pokreću stare crne rupe milijarde puta masivnije od zemaljskog sunca. Međutim, samo postojanje ovih drevnih predmeta predstavlja problem. Čini se da mnogi kvazari potječu iz prvih 800 milijuna godina svemira, mnogo prije nego što je bilo koja zvijezda mogla narasti dovoljno velika ili stara da se sruši pod vlastitom masom, eksplodira u supernovi i stvori crnu rupu.
Pa odakle dolaze ove stare rupe u tkanini prostora-vremena? Prema jednoj popularnoj teoriji, možda je potrebno samo mnogo plina.
U novoj studiji, objavljenoj 28. lipnja u časopisu The Astrophysical Journal Letters, istraživači su pokrenuli računalni model kako bi pokazali da bi se neke supermasivne crne rupe u vrlo ranom svemiru mogle stvoriti jednostavnim nakupljanjem ogromne količine plina u jednom gravitacijski vezanom oblaku. Istraživači su otkrili da se za nekoliko stotina milijuna godina dovoljno velik takav oblak mogao srušiti pod njegovom vlastitom masom i stvoriti malu crnu rupu - nije potrebna supernova.
Ti su teorijski objekti poznati kao crne rupe s direktnim urušavanjem (DCBH). Prema stručnjaku za crne rupe Shantanu Basu, glavnom autoru nove studije i astrofizičarki sa zapadnog sveučilišta u Londonu, Ontario, jedna od glavnih karakteristika DCBH je da se one moraju formirati vrlo, vrlo brzo u vrlo kratkom vremenskom razdoblju u rani svemir.
"Crne rupe nastaju u trajanju od samo oko 150 milijuna godina i brzo rastu za to vrijeme", rekao je Basu u e-poruci Live Science. "Oni koji se formiraju u ranom dijelu vremenskog okvira od 150 milijuna godina mogu povećati svoju masu za 10 tisuća."
Kako oblak plina postaje crna rupa? Prema studiji iz 2017. godine, za takvu su transformaciju potrebne dvije galaksije s vrlo različitim ličnostima: jedna od njih je kozmički superviver koji tvori puno dječijih zvijezda, a druga niska hrpa plina bez zvijezda.
Kako se nove zvijezde formiraju u užurbanoj galaksiji, one ispuštaju konstantan tok vrućeg zračenja koji pere iznad susjedne galaksije, sprečavajući tamošnji plin da se pripoji u svoje zvijezde. Za nekoliko stotina milijuna godina, taj bez zvijezda plinski oblak mogao bi nakupiti toliko materije da se jednostavno srušio pod vlastitom težinom, tvoreći crnu rupu, a da nikada nije stvorio zvijezdu, otkrio je Basu.
Uskoro bi se ta "sjemenska" crna rupa mogla doseći do supermasivnog statusa brzo nabrijavanjem materije iz obližnjih maglina - vjerojatno rođenjem gargantuanskih kvazara koje danas možemo vidjeti.
Prema Basuu, ovaj čin kozmičke koreografije mogao je biti moguć samo nakratko, unutar prvih 800 milijuna godina života svemira, prije nego što je svemir postao previše nabijen zvijezdama i drugim crnim rupama da bi se proces mogao dogoditi. Unutar milijardu godina nakon Velikog praska, u svemiru je možda već bilo toliko pozadinskog zračenja da bi se supermasivna crna rupa borila da nađe dovoljno plina da usisa i nastavi svoj eksponencijalni rast.
"Pretpostavljamo da nakon ovog razdoblja od 150 milijuna godina neće biti nove proizvodnje crnih rupa", rekao je Basu. "To objašnjava zašto dolazi do naglog pada broja crnih rupa iznad određene mase i svjetline u svemiru."
Dok DCBH za sada ostaju teoretski, neki astronomi misle da je Hubble svemirski teleskop možda stvarno uhvatio takav predmet koji je formirao, 2017. Prema autorima studije iz te godine o toj temi, divovska zvijezda jednostavno je nestala pred Hubbleovom kamerom očiju, nestajući bez informativne bljeskove supernove. Najbolje objašnjenje, napisali su istraživači, jest da se masivna zvijezda jednostavno srušila u crnu rupu bez pompe ili vatrometa.
Tijekom višegodišnjeg istraživanja koje je kulminiralo tom studijom iz 2017. godine, šest drugih obližnjih zvijezda eksplodiralo je u vatri i bijesu, sugerirajući da otprilike 1 od 7 (14%) velikih zvijezda ispunjava svoje krajeve jednostavnim ispadanjem u prazninu.
