Det är ett av kosmologins pussel och stellar evolution: hur blev supermassiva svarta hål så ... ja, super ...i det tidiga universum, när det till synes inte tillräckligt med tid hade gått för dem att ackumulera sin massa endast genom stadiga ackretionsprocesser? Det tar ett tag att äta upp en miljard solmassas värde av materia, även med en hälsosam aptit och mycket inom tyngdkraft. Men ändå är de där: monster-svarta hål är vanliga inom några av de mest avlägsna galaxerna, med sin vackra tillväxt trots att universum bara firade sin miljardårsdag.
Nu visar forskare på Caltech som nyligen funnits att dessa antika små och medelstora företag bildades av döden av vissa typer av primordiala jättestjärnor, exotiska stjärndinosaurier som blev stora och dog unga. Under deras våldsamma kollaps inte bara en utan två svarta hål bildas, var och en samlar sin egen massa innan de så småningom kombineras till ett enda supermassivt monster.
Se en simulering och ta reda på mer om hur detta händer nedan:
Från en Caltech-nyhetsartikel av Jessica Stoller-Conrad:
För att undersöka ursprunget till unga supermassiva svarta hål, Christian Reisswig, NASA Einstein Postdoktor i Astrofysik vid Caltech och Christian Ott, biträdande professor i teoretisk astrofysik, vände sig till en modell som involverar supermassiva stjärnor. Dessa gigantiska, ganska exotiska stjärnor antas ha funnits en kort tid i det tidiga universum.
Läs mer: Hur blir svarta hål supermassiva?
Till skillnad från vanliga stjärnor är supermassiva stjärnor stabiliserade mot tyngdkraften mestadels av sin egen fotonstrålning. I en mycket massiv stjärna, skjuter fotonstrålning - det yttre flödet av fotoner som genereras på grund av stjärnans mycket höga inre temperaturer - gas från stjärnan utåt i motsats till gravitationskraften som drar tillbaka gasen.
Under dess liv kyls en supermassiv stjärna långsamt på grund av energiförlust genom utsläpp av fotonstrålning. När stjärnan svalnar blir den mer kompakt och dess centrala densitet ökar långsamt. Denna process varar i ett par miljoner år tills stjärnan har nått tillräcklig kompakthet för att gravitationsinstabilitet kan komma in och för att stjärnan börjar kollapsa gravitationellt.
Tidigare studier förutspådde att när supermassiva stjärnor kollapsar behåller de en sfärisk form som eventuellt blir platt på grund av snabb rotation. Denna form kallas en axymmetrisk konfiguration. Reisswig och hans kollegor förutsätter att mycket snabbt snurrande stjärnor är benägna att små störningar, och förutspådde att dessa störningar skulle kunna leda till att stjärnorna avviker tillicke-axisymmetriska former under kollapsen. Sådana ursprungliga små störningar skulle växa snabbt och i slutändan få gasen inuti den kollapsande stjärnan att klumpa och bilda fragment med hög densitet.
"Tillväxten av svarta hål till supermassiva vågar i det unga universum verkar bara möjligt om" frömassan "för det kollapsande objektet redan var tillräckligt stor."
- Christian Reisswig, NASA Einstein postdoktor i Caltech
Dessa fragment skulle kretsa runt stjärnan och bli allt tätare när de tog upp materia under kollaps; de skulle också öka temperaturen. Och sedan, säger Reisswig, "en intressant effekt kommer in." Vid tillräckligt höga temperaturer skulle det finnas tillräckligt med energi tillgängligt för att matcha elektroner och deras antipartiklar, eller positroner, i vad som kallas elektron-positronpar. Skapandet av elektron-positronpar skulle orsaka tryckförlust och ytterligare påskynda kollapsen; som ett resultat skulle de två kretsande fragmenten i slutändan bli så täta att ett svart hål kunde bildas vid varje klump. Paret av svarta hål kan sedan spiral runt varandra innan de slås samman och bli ett stort svart hål.
"Detta är ett nytt resultat", säger Reisswig. "Ingen har någonsin förutspått att en enda kollapsande stjärna kan producera ett par svarta hål som sedan smälter samman."
Dessa resultat publicerades i Fysiska granskningsbrev veckan den 11 oktober. Källa: Caltechs nyhetsartikel av Jessica Stoller-Conrad.
