Super-Massive Black Holes (SMBH) er svære at forklare. Disse gigantiske singulariteter menes at være i centrum af enhver stor galakse (vores Mælkeveje har en), men deres tilstedeværelse der trosser undertiden let forklaring. Så vidt vi ved, dannes sorte huller, når gigantiske stjerner kollapser. Men denne forklaring passer ikke til alle beviser.
Stjernekollaps-teorien gør et godt stykke arbejde med at forklare de fleste sorte huller. I denne teori begynder en stjerne, der er mindst fem gange mere massiv end vores sol, at løbe tør for brændstof nær slutningen af sit liv. Da det udadvendte pres af en stjernes kernefusion er det, der understøtter den mod den indvendige tyngdekraft fra sin egen masse, er der noget, der skal give, når brændstoffet løber tør.
Stjernen gennemgår en hypernovaeksplosion og kollapser derefter ind på sig selv. Hvad der er tilbage er et sort hul. Astrofysikere mener, at SMBH'er starter på denne måde og vokser til deres enorme størrelser ved i det væsentlige 'at fodre' med andre sager. De kvælder i størrelse og sidder i midten af deres tyngdekraft, som en edderkop, der fedes op midt på dens bane.
Problemet med denne forklaring er, at det tager lang tid at ske.
Derude i Universet har forskere observeret SMBH'er, der er gamle. I marts i år annoncerede en gruppe astronomer opdagelsen af 83 SMBH'er, der er så gamle, at de trodsede vores forståelse. I 2017 opdagede astronomer et 800 millioner solmasse sort hul, der var fuldt ud dannet kun 690 millioner år efter Big Bang. De kom til i de tidligere dage af universet, før der var tid til at vokse til deres supermassive former.
Mange af disse SMBH'er er milliarder gange mere massive end Solen. De har så høje rødskift, at de måske er blevet dannet i de første 800 millioner år efter Big Bang. Men det er ikke nok tid til, at den stjernemæssige sammenbrudsmodel forklarer dem. Spørgsmålet, som astrofysikere står overfor, er, hvordan blev de sorte huller så store på så lidt tid?
Et par forskere ved Western University i Ontario, Canada, tror, de har fundet det ud. De har en ny teori kaldet 'direkte sammenbrud', der forklarer disse utroligt gamle SMBH'er.
Deres papir er titlen "Massefunktionen af supermassive sorte huller i det direkte sammenbrudsscenarie" og offentliggøres i The Astrophysical Journal Letters. Forfatterne er Shantanu Basu og Arpan Das. Basu er en anerkendt ekspert i de tidlige stadier af stjernedannelse og protoplanetær diskudvikling. Han er også astronomiprofessor ved Western University. Das er også fra Western's Department of Physics and Astronomy.
Deres direkte sammenbrudsteori siger, at de gamle supermassive sorte huller dannede sig ekstremt hurtigt i meget korte tidsperioder. Så pludselig ophørte de med at vokse. De udviklede en ny matematisk model til at forklare disse hurtigt dannende, gamle sorte huller. De siger, at Eddington-grænsen, som er en balance mellem en stjernes udadgående strålingskraft og den indadgående tyngdekraft, spiller en rolle.
I disse direkte sammenbrudte sorte huller regulerer Eddington Limit massevæksten, og forskerne siger, at disse gamle sorte huller endda kan overskride denne grænse med en lille mængde, i det de kalder super-Eddington akkretion. På grund af stråling produceret af andre stjerner og sorte huller blev deres produktion derefter standset.
”Supermassive sorte huller havde kun en kort periode, hvor de var i stand til at vokse hurtigt, og derefter på et tidspunkt, på grund af al stråling i universet skabt af andre sorte huller og stjerner, stoppede deres produktion,” forklarer Basu i en pressemeddelelse. ”Det er det direkte sammenbrudsscenarie.”
”Dette er indirekte observationsbevis for, at sorte huller stammer fra direkte sammenbrud og ikke fra stjernernes rester,” sagde Basu.
Denne nye teori giver en effektiv forklaring på, hvad der har været et torneret problem inden for astronomi i nogen tid. Basu mener, at disse nye resultater kan bruges med fremtidige observationer til at udlede dannelseshistorien for de ekstremt massive sorte huller, der findes på meget tidlige tidspunkter i vores univers.
Kilder:
- Pressemeddelelse: Forskere skinner lys over sorte hulers oprindelse
- Forskningsartikel: Massefunktionen af supermassive sorte huller i det direkte sammenbrudsscenarie
- Space Magazine: For stor, for snart. Monster Black Hole Set kort efter Big Bang
- Princeton University: Astronomer opdager 83 supermassive sorte huller i det tidlige univers
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Limit)
