Det er et af kosmologiens puslespil og stjernernes evolution: hvordan blev supermassive sorte huller så ... ja, supertunge ...i det tidlige univers, hvor tilsyneladende endnu ikke var der tid nok til, at de kunne akkumulere deres masse gennem stadige akkretionsprocesser alene? Det tager et stykke tid at spise op en milliard solmasser værd for stof, selv med en sund appetit og partier inden for tyngdepunktet. Men alligevel der er de: monster sorte huller er almindelige inden for nogle af de fjerneste galakser, og flauntet for deres fremtidige vækst, selvom universet netop fejrede sin 1 milliardårs fødselsdag.
Nu antyder de nylige fund fra forskere ved Caltech, at disse gamle SMB'er blev dannet ved døden af visse typer af primordiale gigantiske stjerner, eksotiske stjernedinosaurier, der blev store og døde unge. Under deres voldelige sammenbrud ikke kun en, men to der dannes sorte huller, som hver samler sin egen masse, inden de til sidst kombineres til et enkelt supermassivt monster.
Se en simulering og find ud af mere om, hvordan dette sker nedenfor:
Fra en Caltech nyhedsartikel af Jessica Stoller-Conrad:
For at undersøge oprindelsen af unge supermassive sorte huller vendte Christian Reisswig, NASA Einstein postdoktor i Astrofysik ved Caltech og Christian Ott, assisterende professor i teoretisk astrofysik, til en model, der involverede supermassive stjerner. Disse gigantiske, snarere eksotiske stjerner antages at have eksisteret i bare en kort tid i det tidlige univers.
Læs mere: Hvordan bliver sorte huller supermassive?
I modsætning til almindelige stjerner er supermassive stjerner stabiliseret mod tyngdekraften for det meste af deres egen fotonstråling. I en meget massiv stjerne skubber fotonstråling - den udadvendte strøm af fotoner, der genereres på grund af stjernens meget høje indre temperaturer, gas fra stjernen udad i modsætning til tyngdekraften, der trækker gassen ind igen.
I løbet af sin levetid afkøles en supermassiv stjerne langsomt på grund af energitab gennem udsendelse af fotonstråling. Når stjernen køler ned, bliver den mere kompakt, og dens centrale tæthed øges langsomt. Denne proces varer i et par millioner år, indtil stjernen har nået tilstrækkelig kompakthed til, at gravitationsinstabilitet kan sætte sig ind, og for at stjernen begynder at kollapse gravitationsmæssigt.
Tidligere undersøgelser forudsagde, at når supermassive stjerner kollapser, opretholder de en sfærisk form, der muligvis bliver fladet ud på grund af hurtig rotation. Denne form kaldes en aksymmetrisk konfiguration. Ved at inkorporere det faktum, at meget hurtigt spinnende stjerner er tilbøjelige til små forstyrrelser, forudsagde Reisswig og hans kolleger, at disse forstyrrelser kunne få stjernene til at afvige ind iikke-akseymmetriske former under sammenbruddet. Sådanne oprindeligt små forstyrrelser ville vokse hurtigt, hvilket i sidste ende får gassen inde i den sammenbrudte stjerne til at klumpe sammen og danne fragmenter med høj densitet.
"Væksten af sorte huller til supermassiv skala i det unge univers synes kun mulig, hvis den 'frø' masse af det kollapsende objekt allerede var tilstrækkelig stor."
- Christian Reisswig, NASA Einstein postdoktor i Caltech
Disse fragmenter ville kredses rundt om stjernen og blive stadig tættere, når de afhentede stof under sammenbruddet; de ville også stige i temperatur. Og så, siger Reisswig, "en interessant effekt går i gang." Ved tilstrækkelig høje temperaturer ville der være tilstrækkelig energi til rådighed til at matche elektroner og deres antipartikler eller positroner ind i det, der er kendt som elektron-positron-par. Oprettelsen af elektron-positron-par ville forårsage et tab af tryk og yderligere fremskynde sammenbruddet; som et resultat ville de to kredsende fragmenter i sidste ende blive så tæt, at der kunne dannes et sort hul ved hver klump. Paret med sorte huller kan derefter spiral omkring hinanden, før de smelter sammen til et stort sort hul.
”Dette er en ny konstatering,” siger Reisswig. "Ingen har nogensinde forudsagt, at en enkelt kollapsende stjerne kunne producere et par sorte huller, som derefter smelter sammen."
Disse fund blev offentliggjort i Fysiske gennemgangsbreve ugen den 11. oktober. Kilde: Caltech-nyhedsartikel af Jessica Stoller-Conrad.
