Астрономи су пронашли неке изузетно старе супермасивне црне рупе, оне које су се формирале кад је Универзум био сасвим млад. Али били су збуњени како црна рупа може нарасти до тако огромне величине када је сам Универзум био само малишани.
Астрономи су сада открили да је јединствен низ услова био присутан пола милијарде година након Великог праска који је омогућио да се формирају црне рупе чудовишта. Необичан извор интензивног зрачења створио је оно што се назива „црне рупе са директним урушавањем“.
"То је космичко чудо", рекао је Волкер Бромм са Универзитета у Тексасу у Аустину, који је сарађивао са неколико астронома на проналаску. „То је једини пут у историји свемира када су услови баш такви да се формирају.“
Конвенционално разумевање начина на који се формирају црне рупе назива се теорија акцерације, где се изузетно масивна звезда урушава а црвене рупе „семенке“ граде од колапса повлачењем гаса из свог окружења и спајањем мањих црних рупа. Али тај процес траје дуго, много дуже него време око ових брзо формирајућих црних рупа. Поред тога, рани свемир није имао количине гаса и прашине потребне да се супермасивне црне рупе повећају до њихове гигантске величине.
Нова сазнања уместо тога сугерирају да су се неке од првих црних рупа формирале директно када се срушио облак гаса, заобилазећи било које друге међуфазне фазе, попут формирања и накнадног уништавања огромне звезде.
Наравно, као и свака црна рупа, ове „директне пропасти“ црне рупе се не могу видети. Али постојали су снажни докази за њихово постојање, будући да су потребни за напајање веома блиставих квазара откривених у младом универзуму. Велико осветљење квазара долази од спирале материје у супермасирану црну рупу, загревајући се на милионе степени, стварајући млазове који блистају попут светионика широм Универзума. Али пошто теорија акцерације не објашњава супермасивне црне рупе у изузетно далеком - а самим тим и младом - свемиру, астрономи нису могли објаснити ни квазаре. То се назива „проблемом квазарског семена“.
"Квази које смо приметили у раном свемиру подсећају на џиновске бебе у породилишту пуном нормалних одојчади", рекао је Ави Лоеб из Харвард-Смитхсониан Центра за астрофизику, који је радио са Броммом. „Једно се пита, шта је посебно у окружењу које је неговало ове дивовске бебе? Резервоар хладног гаса у оближњим галаксијама попут Млечног пута обично се троши углавном формирањем звезда. "
Али 2003. године Бромм и Лоеб су дошли до теоретске идеје да добију рану галаксију за формирање супермасивне црне рупе семенки, потискујући иначе забрањени унос енергије из настајања звезда. Процес су назвали "директним колапсом".
"Почните с" примордијалним облаком водоника и хелијума, утопљеним у мору ултраљубичастог зрачења ", рекао је Бромм. „Цркнете овај облак у гравитационом пољу халогена тамне материје. Обично би облак могао да се охлади и фрагментао у звезде. Међутим, ултраљубичасти фотони држе гас врућим и на тај начин сузбијају било какво стварање звезда. Ово су жељена, готово чудесна стања: колапс без фрагментације! Како гас постаје све компактнији, на крају ћете имати услове за велику црну рупу. "
Чини се да је овај низ космичких услова постојао само у раном свемиру, а овај процес се данас не догађа у галаксијама.
Да би тестирали своју теорију, Бромм, Лоеб и њихов колега Аарон Смитх започели су проучавање галаксије зване ЦР7, идентификоване истраживањем Хуббле свемирског телескопа под називом ЦОСМОС као да је постојала на мање од милијарду година након Великог праска.
Давид Собрал са Лисабонског универзитета извршио је праћење ЦР7 са неким од највећих светских земаљских телескопа, укључујући Кецк и ВЛТ. Они су открили неке крајње необичне карактеристике у лаком потпису који долази од ЦР7. Конкретно, линија водоника Лиман-алфа била је неколико пута светлија него што се очекивало. Невероватно је да је спектар показао и необично светлу линију хелија.
"Шта год да вози овај извор је веома врућ - довољно врућ да ионизира хелијум", рекао је Смитх, око 100.000 степени Целзијуса.
Ове и друге необичне карактеристике у спектру значиле су да то може бити или скупина првобитних звезда или супермасивна црна рупа вероватно настала директним урушавањем.
Смитх је извео симулације за оба сценарија, а иако је сценариј звезданог грозда „спектакуларно пропао“, рекао је Смитх, модел директне пропасти црне рупе добро се снашао.
Такође, почетком ове године, истраживачи су користили комбиноване податке из рендгенског опсерваторија Цхандра, свемирског телескопа Хуббле и свемирског телескопа Спитзер да идентификују ова могућа семена црне рупе. Пронашли су два објекта, а оба су одговарала теоријском профилу у инфрацрвеним подацима. (прочитајте њихов рад овде.)
Чини се да се астрономи "приближавају овом моделу", рекао је Смитх, за решавање проблема квазарског семена и ране загонетке црне рупе.
Будите у току.
Рад Бромма, Лоеба и Смитха објављен је у часопису Монтхли Нотицес оф тхе Роиал Астрономицал Социети.
Извори:
РАС, Харвард-Смитхсониан ЦфА, Саопштења за медије за НАСА-ино откривање директних рушења црних рупа почетком ове године.
