Astronomi su pronašli neke izuzetno stare supermasivne crne rupe, one koje su se formirale kad je Svemir bio sasvim mlad. Ali zbunjivali su ih kako crna rupa može narasti do tako ogromne veličine kada je i sam Svemir bio samo dijete.
Astronomi su sada otkrili da je jedinstven niz uvjeta bio prisutan pola milijarde godina nakon Velikog praska koji je dopustio da se formiraju crne rupe čudovišta. Neobičan izvor intenzivnog zračenja stvorio je ono što se naziva "crnim rupama s direktnim urušavanjem".
"To je kozmičko čudo", rekao je Volker Bromm sa Sveučilišta u Teksasu sa Sveučilišta u Teksasu, koji je radio na tom pronalasku s nekoliko astronoma. "To je jedini put u povijesti svemira kada su upravo takvi uvjeti da nastaju."
Uobičajeno razumijevanje načina na koji se formiraju crne rupe naziva se teorija akumulacije, gdje se iznimno masivna zvijezda urušava i od sjemena stvaraju crne rupe „sjeme“ izvlačenjem plina iz svoje okoline i spajanjem manjih crnih rupa. Ali taj proces traje dugo, mnogo duže od vremena oko kojega su se brzo oblikovale crne rupe. Osim toga, rani svemir nije imao količine plina i prašine potrebne da se supermasivne crne rupe povećaju do njihove gigantske veličine.
Nova otkrića sugeriraju da su se neke od prvih crnih rupa formirale izravno kada se srušio oblak plina, zaobilazeći bilo koje druge intermedijarne faze, poput stvaranja i naknadnog uništavanja ogromne zvijezde.
Naravno, kao i bilo koje crne rupe, ove "direktne propasti" crne rupe se ne mogu vidjeti. Ali postojali su snažni dokazi za njihovo postojanje, budući da su potrebni za napajanje snažno svjetlosnih kvazara otkrivenih u mladom svemiru. Quasarina velika svjetlina dolazi od uvijanja materije u supermasivnu crnu rupu, zagrijavajući se na milijune stupnjeva, stvarajući mlaznice koji blistaju poput svetionika širom svemira. Ali budući da teorija akcesije ne objašnjava supermasivne crne rupe u vrlo dalekom - a samim tim i mladom - svemiru, astronomi nisu mogli objasniti ni kvazare. To se naziva "problemom kvazarskog sjemena."
"Kvazi koji su primijećeni u ranom svemiru nalikuju džinovskim bebama u porodilištu punom normalne novorođenčadi", rekao je Avi Loeb iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziku, koji je surađivao s Brommom. „Ostaje se zapitati: što je posebno u okolini koja je hranila ove divovske bebe? Rezervoar hladnog plina u obližnjim galaksijama poput Mliječnog puta uglavnom troši formiranjem zvijezda. "
No, 2003., Bromm i Loeb smislili su teoretsku ideju da dobiju ranu galaksiju za stvaranje supermasivne sjemenske crne rupe potiskivanjem inače zabrambenog unosa energije nastajanja zvijezda. Nazvali su proces "izravnim kolapsom".
"Započnite s" iskonskim oblakom vodika i helija, utopljenog u moru ultraljubičastog zračenja ", rekao je Bromm. "Zdrobite ovaj oblak u gravitacijskom polju halogena tamne materije. Oblak bi se normalno mogao hladiti i fragmentirati u obliku zvijezda. Međutim, ultraljubičasti fotoni drže plin vrućim, potiskujući tako stvaranje bilo koje zvijezde. Ovo su željena, gotovo čudesna stanja: kolaps bez fragmentacije! Kako plin postaje sve kompaktniji, na kraju ćete imati uvjete za veliku crnu rupu. "
Čini se da je ovaj niz kozmičkih uvjeta postojao samo u vrlo ranom svemiru, a ovaj se proces danas ne događa u galaksijama.
Kako bi testirali svoju teoriju, Bromm, Loeb i njihov kolega Aaron Smith započeli su proučavati galaksiju zvanu CR7, identificiranu istraživanjem Hubble svemirskog teleskopa nazvanom COSMOS koja postoji oko manje od milijardu godina nakon Velikog praska.
David Sobral sa Sveučilišta u Lisabonu obavio je praćenje CR7 s nekim od najvećih svjetskih zemaljskih teleskopa, uključujući Keck i VLT. Ovo je otkrilo neke krajnje neobične značajke u laganom potpisu koji dolazi iz CR7. Naime, vodikova linija Lyman-alfa bila je nekoliko puta svjetlija od očekivane. Neobično je što je spektar pokazao i neobično svijetlu liniju helija.
"Što god da vozi ovaj izvor je jako vruć - dovoljno vruće da ionizira helij", rekao je Smith, oko 100.000 Celzijevih stupnjeva.
Ove i druge neobične karakteristike u spektru značile su da to može biti ili nakupina iskonskih zvijezda ili supermasivna crna rupa vjerojatno nastala izravnim urušavanjem.
Smith je izveo simulacije za oba scenarija, a iako je scenarij zvjezdanih klastera „spektakularno propao“, rekao je Smith, model izravne propasti crne rupe dobro je prošao.
Također, početkom ove godine, istraživači su koristili kombinirane podatke rendgenskog opservatorija Chandra, svemirskog teleskopa Hubble i svemirskog teleskopa Spitzer da identificiraju ove moguće sjemenke crne rupe. Pronašli su dva objekta, a oba su odgovarala teoretskom profilu u infracrvenim podacima. (pročitajte njihov rad ovdje.)
Čini se da se astronomi "približavaju ovom modelu", rekao je Smith, za rješavanje problema s kvazarskim sjemenom i ranom glavom crne rupe.
Ostanite u toku.
Rad Bromma, Loeba i Smitha objavljen je u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
izvori:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, Saopćenje za medije za NASA-ino otkrivanje izravnih crnih rupa koje su prošle ove godine.
