Astronomi so našli izredno stare supermasivne črne luknje, tiste, ki so nastale, ko je bilo vesolje še čisto mlado. A bili so zmedeni nad tem, kako lahko črna luknja zraste do tako ogromne velikosti, ko je bilo vesolje samo malček.
Astronomi so zdaj ugotovili, da je edinstven sklop pogojev, ki so bili prisotni pol milijarde let po velikem udaru, ki je omogočil, da so se oblikovale črne luknje. Nenavaden vir intenzivnega sevanja je ustvaril tako imenovane "črne luknje z neposrednim kolapsom".
"To je kozmični čudež," je dejal Volker Bromm z Teksaške univerze v Austinu, ki je pri iskanju sodeloval z več astronomi. "To je edini čas v zgodovini vesolja, ko so pogoji ravno pravšnji."
Konvencionalno razumevanje, kako nastanejo črne luknje, se imenuje teorija akrekcije, kjer se iz kolapsa z vlečenjem plina iz okolice in združitvijo manjših črnih lukenj zgradi izjemno masivna zvezda in semena črne luknje. Toda ta postopek traja dolgo, veliko dlje kot čas, ki je bil okoli teh hitro nastajajočih črnih lukenj. Poleg tega zgodnje vesolje ni imelo količine plina in prahu, potrebnih, da bi se supermasivne črne luknje razvile na njihove velikanske velikosti.
Nove ugotovitve kažejo, da so nekatere prve črne luknje nastale neposredno, ko se je zrušil oblak plina, mimo vseh drugih vmesnih faz, kot sta nastajanje in kasnejše uničenje velike zvezde.
Seveda, kot vsaka črna luknja, teh črnih lukenj "neposrednega kolapsa" ni mogoče videti. A obstajajo močni dokazi za njihov obstoj, saj so potrebni za napajanje zelo svetlih kvazarjev, odkritih v mladem vesolju. Kvazarjeva velika svetlost izvira iz spirale snovi v supermasivno črno luknjo, ki se segreje na milijone stopinj in ustvari curke, ki svetijo kot svetilniki po vesolju. Ker pa teorija akcesije ne razlaga supermasivne črne luknje v zelo oddaljenem - in zato mladem - vesolju, astronomi tudi niso mogli pojasniti kvazarjev. Temu pravimo "težava s kvazarskim semenom".
"Kvazi, opaženi v zgodnjem vesolju, spominjajo na orjaške dojenčke v porodni sobi, polni običajnih dojenčkov," je dejal Avi Loeb iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziko, ki je sodeloval z Brommom. „Eno se sprašuje: kaj je posebnega v okolju, ki je hranilo te velikanske dojenčke? Rezervoar hladnega plina v bližnjih galaksijah, kot je Mlečna pot, ponavadi porabijo zvezde. "
Toda leta 2003 sta Bromm in Loeb prišla do teoretične ideje, da bi dobili zgodnjo galaksijo, ki bi tvorila supermasivno črno luknjo s semenom, s tem da je zatrla sicer prepovedan vnos energije iz nastanka zvezd. Proces so poimenovali "neposredni propad."
"Začnite z" primordialnim oblakom vodika in helija, ki je preplavljen v morju ultravijoličnega sevanja, "je dejal Bromm. »Ta oblak zdrobite v gravitacijsko polje halo temne snovi. Običajno bi se oblak lahko ohladil in razdrobil, da bi oblikoval zvezde. Vendar ultravijolični fotoni ohranjajo vroč plin in tako zavirajo nastajanje zvezd. To so želena, skoraj čudežna stanja: propad brez drobljenja! Ko je plin čedalje bolj kompakten, imate na koncu pogoje za veliko črno luknjo. "
Zdi se, da je ta kozmični pogoj obstajal le v zelo zgodnjem vesolju in ta proces se danes v galaksijah ne dogaja.
Da bi preizkusili svojo teorijo, so Bromm, Loeb in njihov kolega Aaron Smith začeli preučevati galaksijo, imenovano CR7, ki jo je identificirala raziskava Hubblovega vesoljskega teleskopa COSMOS kot približno 1 milijarda let po velikem udaru.
David Sobral z Lizbonske univerze je nadaljeval opazovanja CR7 z nekaterimi največjimi kopenskimi teleskopi na svetu, vključno s Keckom in VLT. Ti so v svetlobnem podpisu iz CR7 odkrili nekaj izjemno nenavadnih lastnosti. Konkretno, vodna linija Lyman-alfa je bila nekajkrat svetlejša od pričakovanj. Izjemno je, da je spekter pokazal tudi nenavadno svetlo linijo helija.
"Karkoli že vozi ta vir, je zelo vroče - dovolj vroče, da ionizira helij," je dejal Smith, približno 100.000 stopinj Celzija.
Te in druge nenavadne lastnosti v spektru so pomenile, da gre lahko za kopico prvotnih zvezd ali pa za supermasivno črno luknjo, ki jo je verjetno nastal z neposrednim propadom.
Smith je vodil simulacije za oba scenarija, in medtem ko je scenarij zvezdnega grozda "spektakularno spodletel", je dejal Smith, model z neposrednim propadom črne luknje je uspešno deloval.
Tudi v začetku letošnjega leta so raziskovalci s pomočjo kombiniranih podatkov iz rentgenskega observatorija Chandra, vesoljskega teleskopa Hubble in vesoljskega teleskopa Spitzer prepoznali ta možna semena črne luknje. Našli so dva predmeta, oba sta se ujemala s teoretičnim profilom v infrardečih podatkih. (preberi njihov prispevek tukaj.)
Zdi se, da se astronomi »približujejo temu modelu«, je dejal Smith za reševanje problema s kvazarskim semenom in zgodaj črne luknje.
Ostani na vezi.
Delo Bromma, Loeba in Smitha je objavljeno v reviji Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Viri:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, Sporočilo za javnost za Nasino odkrivanje neposrednih črnih lukenj v začetku letošnjega leta.
