Astronomi utan teleskop - svarta hål: de tidiga åren

Pin
Send
Share
Send

Det finns en växande uppfattning att svarta hål i det tidiga universum kan ha varit frön som de flesta av dagens stora galaxer (nu med supermassiva svarta hål inom) först växte. Och ta ett steg längre bakåt, kan det också vara så att svarta hål var nyckeln till att återaktivera det tidiga interstellära mediet - vilket sedan påverkade storskalans struktur i dagens universum.

För att sammanfatta de första åren ... Först var Big Bang - och i cirka tre minuter var allt väldigt kompakt och därmed väldigt varmt - men efter tre minuter bildades de första protonerna och elektronerna och under de kommande 17 minuterna samverkade en del av dessa protoner för att bilda heliumkärnor - tills 20 minuter efter Big Bang blev det expanderande universum för svalt för att upprätthålla nukleosyntes. Därifrån studsade protonerna och heliumkärnorna och elektronerna bara de närmaste 380 000 åren som en mycket het plasma.

Det fanns också fotoner, men det fanns en liten chans för dessa fotoner att göra någonting mycket förutom att de bildades och därefter omabsorberas omedelbart av en angränsande partikel i den kokande heta plasman. Men vid 380 000 år kyldes det expanderande universum tillräckligt för att protonerna och heliumkärnorna kunde kombineras med elektroner för att bilda de första atomerna - och plötsligt satt fotonerna kvar med tomt utrymme för att skjuta av som de första ljusstrålarna - som vi idag kan fortfarande upptäcka som den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

Det som följde var de så kallade mörka åldrarna tills cirka en halv miljard miljarder efter Big Bang började de första stjärnorna bildas. Det är troligt att dessa stjärnor var stora, som riktigt stora, eftersom de svala, stabila vätgas- (och helium) -atomerna som är tillgängliga lätt samlades och ackrediterades. Vissa av dessa tidiga stjärnor kan ha varit så stora att de snabbt sprängde sig i stycken som par-instabilitet supernovaer. Andra var bara väldigt stora och kollapsade i svarta hål - många av dem hade för mycket egenvikt för att tillåta en supernovaexplosion att blåsa ut allt material från stjärnan.

Och det är ungefär här som återjoniseringshistorien börjar. De svala, stabila väteatomerna i det tidiga interstellära mediet förblev inte svala och stabila så länge. I ett mindre universum fullt av tättpackade massiva stjärnor uppvärmdes dessa atomer snabbt, vilket fick deras elektroner att dissociera och deras kärnor blev fria joner igen. Detta skapade en lågdensitetsplasma - fortfarande väldigt het, men för diffus för att vara ogenomskinlig för att tända mer.

Det är troligt att detta reoniseringssteg då begränsade storleken till vilken nya stjärnor kan växa - såväl som att begränsa möjligheterna för nya galaxer att växa - eftersom heta, upphetsade joner är mindre benägna att aggregera och ansluta sig än svala, stabila atomer. Reionisering kan ha bidragit till den nuvarande "klumpiga" distributionen av materien - som är organiserad i generellt stora, diskreta galaxer snarare än en jämn spridning av stjärnor överallt.

Och det har föreslagits att tidiga svarta hål - faktiskt svarta hål i röntgenbinarier med hög massa - kan ha gjort ett betydande bidrag till reoniseringen av det tidiga universum. Datormodellering tyder på att det tidiga universum, med en tendens till mycket massiva stjärnor, skulle vara mycket mer benägna att ha svarta hål som stjärnrester, snarare än neutronstjärnor eller vita dvärgar. De svarta hålen skulle också vara oftare i binärer än i isolering (eftersom massiva stjärnor oftare bildar flera system än små stjärnor).

Så med en massiv binär där en komponent är ett svart hål - kommer det svarta hålet snabbt att börja ackumulera en stor ackretionsskiva som består av materia som dras från den andra stjärnan. Sedan kommer den ackretionsskivan att börja stråla högenergifotoner, särskilt vid röntgenerginivåer.

Medan antalet joniserande fotoner som släpps ut av ett anslutande svart hål förmodligen liknar det för dess ljusa, lysande förfäderstjärna, skulle det förväntas släppa ut en mycket högre andel röntgenfotoner med hög energi - med var och en av dessa fotoner potentiellt uppvärmning och joniserande flera atomer i sin väg, medan en ljusstjärnans foton bara kanske återjoniserar en eller två atomer.

Så där går du. Svarta hål ... finns det något de inte kan göra?

Vidare läsning: Mirabel et al Stellar svarta hål i universums gryning.

Pin
Send
Share
Send