Svarta hål en miljard gånger solens massa eller mer ligger i hjärtat av många galaxer och driver deras utveckling. Även om de är vanliga idag har bevis på supermassiva svarta hål som funnits sedan universums barndom, en miljard år eller så efter Big Bang, förundrat astronomer i flera år.
Hur kunde dessa jättar ha vuxit så massiva under den relativt korta tid de var tvungna att bilda? En ny studie ledd av Tal Alexander från Weizmann Institute of Science och Priyamvada Natarajn från Yale University kan ge en lösning.
Svarta hål misstas ofta vara monsteraktiga varelser som suger in damm och gas i en enorm takt. Men detta kunde inte vara längre från sanningen (i själva verket orden "suga" och "svart hål" i samma mening får mig att krypa). Även om de vanligtvis ackumulerar ljusa ackretionsskivor - virvlande skivor av gas och damm som gör dem synliga över det observerbara universum - begränsar dessa mycket diskar faktiskt tillväxthastigheten.
För det första, när ämnet i en ackretionsskiva kommer nära det svarta hålet, uppstår trafikstockningar som bromsar allt annat infalling material. För det andra, när materien kolliderar i dessa trafikstockar, värms den upp och genererar energistrålning som faktiskt driver gas och damm bort från det svarta hålet.
En stjärna eller en gasström kan faktiskt ligga på en stabil bana runt det svarta hålet, precis som en planet kretsar runt en stjärna. Så det är ganska en utmaning för astronomer att tänka på sätt som skulle få ett svart hål att växa till supermassiva proportioner.
Lyckligtvis kanske Alexander och Natarajan har hittat ett sätt att göra detta: genom att placera det svarta hålet i ett kluster av tusentals stjärnor, kan de fungera utan begränsningarna för en ackretionsskiva.
Svarta hål tros vanligtvis bildas när massiva stjärnor, som väger tiotals solmassor, exploderar efter deras kärnbränsle. Utan att kärnugnen i dess kärna pressar mot tyngdkraften, kollapsar stjärnan. Medan de inre skikten faller inåt för att bilda ett svart hål på bara cirka 10 solmassor, faller de yttre skikten snabbare, träffar de inre skikten och återhämtar sig i en enorm supernovaexplosion. Det är åtminstone den enkla versionen.
Teamet började med en modell av ett svart hål, skapat av denna stjärnsprängning, inbäddad i ett kluster av tusentals stjärnor. Ett kontinuerligt flöde av tät, kall, ogenomskinlig gas föll ner i det svarta hålet. Men här är tricket: gravitationskraften hos många stjärnor i närheten fick den att sicksacka slumpmässigt och hindrade den från att bilda en ackretionsskiva.
Utan en ackretionsskiva är inte bara materien mer kapabel att falla in i det svarta hålet från alla sidor, men det bromsas inte ner på själva ackretionsskivan.
Sammantaget antyder modellen att ett svart hål 10 gånger solens massa skulle kunna växa till mer än 10 miljarder gånger solens massa med en miljard år efter Big Bang.
Uppsatsen publicerades 7 augusti i Science och är tillgänglig online.
