Астрономите откриват някои изключително стари свръхмасивни черни дупки, такива, които са се образували, когато Вселената е била доста млада. Но те бяха озадачени как една черна дупка може да нарасне до толкова огромни размери, когато самата Вселена беше само малко дете.
Сега астрономите откриха уникален набор от условия, съществуващи половин милиард години след Големия взрив, които позволиха на тези чудовищни черни дупки да се образуват. Необичаен източник на интензивно излъчване създаде така наречените „черни дупки с директен срив“.
„Това е космическо чудо“, казва Волкер Бром от Тексаския университет в Остин, който работи с няколко астронома по находката. „Това е единственият път в историята на Вселената, когато условията са точно за тях.“
Конвенционалното разбиране за това как се образуват черните дупки се нарича теория на нарастването, при която изключително масивна звезда се срутва и черните дупки „семена” се изграждат от колапса чрез изтегляне на газ от заобикалящата ги среда и чрез сливане на по-малки черни дупки. Но този процес отнема много време, много по-дълго от времето, през което бързо се образуваха черни дупки. Плюс това, ранната Вселена не е разполагала с количествата газ и прах, необходими за свръхмасивни черни дупки, за да нараснат до гигантските си размери.
Новите открития предполагат, че някои от първите черни дупки се образуват директно при срутване на облак от газ, заобикаляйки всички други междинни фази, като образуването и последващото унищожаване на масивна звезда.
Разбира се, както всяка черна дупка, тези „директни сривове“ не могат да се видят. Но имало сериозни доказателства за тяхното съществуване, тъй като те са необходими за захранване на силно светещите квазари, открити в младата вселена. Голямата яркост на квазара идва от спиралата на материята в свръхмасивна черна дупка, нагряваща се до милиони градуси, създавайки струи, които блестят като маяци в цялата Вселена. Но тъй като теорията за нарастването не обяснява свръхмасивни черни дупки в изключително отдалечена - и следователно млада - Вселената, астрономите не биха могли да обяснят и квазарите. Това се нарича „проблемът със семената на квазара“.
„Квазарите, наблюдавани в ранната Вселена, приличат на гигантски бебета в родилна зала, пълна с нормални бебета“, казва Ави Льоб от Харвардско-Смитсонския център за астрофизика, който е работил с Бром. „Човек остава да се чуди: какво е особеното в околната среда, която е отглеждала тези гигантски бебета? Обикновено резервоарът за студен газ в близките галактики като Млечния път се консумира предимно от образуване на звезди. "
Но през 2003 г. Бром и Лоб излязоха с теоретична идея да получат ранна галактика, която да образува свръхмасивна семенна черна дупка, като потискат иначе прекомерния принос на енергия от образуването на звезди. Те нарекоха процеса „пряк крах“.
„Започнете с„ първичен облак от водород и хелий, задушен в море от ултравиолетова радиация “, каза Бром. „Раздробяваш този облак в гравитационното поле на ореола с тъмна материя. Обикновено облакът би могъл да се охлади и да се фрагментира, за да образува звезди. Въпреки това, ултравиолетовите фотони запазват газа горещо, като по този начин потискат образуването на всяка звезда. Това са желаните, почти чудотворни условия: колапс без фрагментация! Тъй като газът става все по-компактен, в крайна сметка имате условия за масивна черна дупка. "
Този набор от космически условия изглежда съществува само в най-ранната вселена и този процес не се случва в галактиките днес.
За да изпробват теорията си, Бромм, Льоб и техният колега Арън Смит започват да изучават галактика, наречена CR7, идентифицирана чрез изследване на космическия телескоп Хъбъл, наречено COSMOS, че е на около по-малко от 1 милиард години след Големия взрив.
Дейвид Собрал от Лисабонския университет направи последващи наблюдения на CR7 с някои от най-големите наземни телескопи в света, включително Keck и VLT. Те разкриха някои изключително необичайни функции в лекия подпис, идващ от CR7. По-конкретно, водородна линия на Лиман-алфа беше няколко пъти по-ярка от очакваното. Забележително е, че спектърът също показа необичайно ярка хелиева линия.
„Каквото и да кара този източник, е много горещо - достатъчно горещо, за да йонизира хелия“, казва Смит, около 100 000 градуса по Целзий.
Тези и други необичайни характеристики в спектъра означаваха, че може да бъде или струпване на първични звезди, или супермасивна черна дупка, вероятно образувана от директен срив.
Смит изпълни симулации и за двата сценария и докато сценарият на звездни клъстери „зрелищно се провали“, каза Смит, моделът с черна дупка с директен срив се представи добре.
Също така, по-рано тази година изследователите, използващи комбинирани данни от рентгеновата обсерватория Чандра, космическия телескоп Хъбъл и космическия телескоп Спитцер, за да идентифицират тези възможни семена от черна дупка. Те откриха два обекта, като и двата съвпадат с теоретичния профил в инфрачервените данни. (прочетете докладите им тук.)
Изглежда астрономите се „сближават по този модел“, каза Смит, за решаване на проблема с квазаровото семе и ранната главоблъсканица на черната дупка.
Поддържайте настройките.
Работата на Бром, Лоб и Смит е публикувана в списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Източници:
RAS, Харвард-Смитсониан CfA, Прессъобщение за откриване на черни дупки от НАСА в началото на тази година.
