Astronomi ir atraduši dažus ārkārtīgi vecus supermasīvus melnos caurumus, kas izveidojās, kad Visums bija diezgan jauns. Bet viņi bija neizpratnē par to, kā melnais caurums varētu izaugt līdz tik milzīgam izmēram, kad pats Visums bija tikai mazulis.
Astronomi tagad ir atraduši unikālu apstākļu kopumu, kas bija klāt pusmiljardu gadu pēc Lielā sprādziena, kas ļāva šiem briesmonim radīt melnos caurumus. Neparasts intensīvas radiācijas avots radīja tā sauktos “tiešos sabrukuma melnos caurumus”.
"Tas ir kosmisks brīnums," sacīja Volkers Broms no Teksasas Universitātes Ostinā, kurš atradumā strādāja kopā ar vairākiem astronomiem. "Tas ir vienīgais laiks Visuma vēsturē, kad apstākļi tiem ir piemēroti."
Tradicionālā izpratne par to, kā veidojas melnie caurumi, tiek saukta par akrācijas teoriju, kur sabrūk ārkārtīgi masīva zvaigzne un no sabrukšanas tiek veidotas melnā cauruma “sēklas”, ievelkot gāzi no apkārtnes un apvienojot mazākus melnos caurumus. Bet šis process prasa daudz laika, daudz ilgāku laiku, nekā apkārt bija šie ātri veidojošie melnie caurumi. Plus, agrīnajā Visumā nebija tādu gāzes un putekļu daudzumu, kas nepieciešami supermasīvajiem melnajiem caurumiem, lai tie izaugtu līdz gigantiskajam lielumam.
Jaunie atklājumi tā vietā liek domāt, ka daži no pirmajiem melnajiem caurumiem izveidojās tieši tad, kad sabruka gāzes mākonis, apejot visas citas starpposmus, piemēram, masīvas zvaigznes veidošanos un sekojošu iznīcināšanu.
Protams, tāpat kā jebkuru melno caurumu, šos “tiešā sabrukuma” melnos caurumus nevar redzēt. Bet par viņu esamību bija pārliecinoši pierādījumi, jo tie ir nepieciešami, lai darbinātu jaunajā Visumā atklātos ļoti spožos kvazārus. Liela kvazāra spilgtums rodas, matērijai spirālveidīgi nokļūstot supermasīvā melnajā caurumā, kas sakarst līdz miljoniem grādu, radot strūklas, kas visā Visumā spīd kā bākas. Bet, tā kā akrēcijas teorija neizskaidro supermasīvos melnos caurumus ārkārtīgi tālajā - un tāpēc jaunajā - Visumā, arī astronomi nevarēja izskaidrot kvazārus. To sauca par “kvazāra sēklu problēmu”.
"Agrīnajā Visumā novērotie kvazāri atgādina milzu zīdaiņus dzemdību telpā, kurā ir normāli zīdaiņi," sacīja Avi Loeb no Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra, kurš strādāja kopā ar Bromu. “Atliek tikai jautāt: kas ir īpašs vidē, kas audzināja šos milzu mazuļus? Parasti auksto gāzes rezervuāru tuvējās galaktikās, piemēram, Piena Ceļā, galvenokārt patērē zvaigžņu veidošanās. ”
Bet 2003. gadā Broms un Loebs nāca klajā ar teorētisku ideju iegūt agrīnu galaktiku, lai izveidotu supermasīvu melno caurumu, izslāpējot citādi aizliedzošo enerģijas ievadīšanu, kas rodas no zvaigžņu veidošanās. Viņi procesu sauca par “tiešu sabrukumu”.
"Sāciet ar" pirmatnēju ūdeņraža un hēlija mākoni, kas atrodas ultravioletā starojuma jūrā, "sacīja Broms. “Jūs saspiedat šo mākoni tumšās vielas halo gravitācijas laukā. Parasti mākonis varētu atdzist un sadrumstalot, veidojot zvaigznes. Tomēr ultravioletie fotoni uztur gāzi karstu, tādējādi nomācot jebkādu zvaigžņu veidošanos. Šie ir vēlamie, gandrīz brīnumaini apstākļi: sabrūk bez sadrumstalotības! Kad gāze kļūst aizvien kompakta, galu galā jums ir apstākļi masīva melna cauruma izveidošanai. ”
Šķiet, ka šis kosmisko apstākļu kopums pastāvēja tikai ļoti agrīnā Visumā, un šodien šis process nenotiek galaktikās.
Lai pārbaudītu viņu teoriju, Broms, Loebs un viņu kolēģis Ārons Smits sāka pētīt galaktiku ar nosaukumu CR7, kuru Habla kosmiskā teleskopa apsekojumā ar nosaukumu COSMOS identificēja kā aptuveni nepilnu miljardu gadu pēc Lielā sprādziena.
Deivids Sobrals no Lisabonas universitātes bija veicis CR7 novērojumus ar dažiem no pasaules lielākajiem zemes teleskopiem, ieskaitot Keck un VLT. Tie atklāja dažas ārkārtīgi neparastas funkcijas, izmantojot gaismas signālu, kas nāk no CR7. Konkrēti, Lyman-alfa ūdeņraža līnija bija vairākas reizes gaišāka, nekā gaidīts. Jāatzīmē, ka spektrs parādīja arī neparasti spilgtu hēlija līniju.
“Tas, kas vada šo avotu, ir ļoti karsts - pietiekami karsts, lai jonizētu hēliju,” Smits sacīja aptuveni 100 000 grādos pēc Celsija.
Šīs un citas neparastas pazīmes spektrā nozīmēja, ka tas varētu būt vai nu pirmatnējo zvaigžņu kopums, vai arī supermasīvs melnais caurums, ko, iespējams, veido tieša sabrukšana.
Smits veica abu scenāriju simulācijas, un, lai gan zvaigžņu kopas scenārijs “iespaidīgi neizdevās”, Smits sacīja, tiešā sabrukuma melnā cauruma modelis darbojās labi.
Arī šī gada sākumā pētnieki izmantoja apvienotos datus no Chandra rentgena observatorijas, Habla kosmiskā teleskopa un Špicera kosmiskā teleskopa, lai identificētu šīs iespējamās melnā cauruma sēklas. Viņi atrada divus objektus, un tie abi atbilda teorētiskajam profilam infrasarkanajos datos. (lasiet viņu rakstu šeit.)
Šķiet, ka astronomi “saplūst ar šo modeli”, sacīja Smits, lai atrisinātu kvazaru sēklu problēmu un agrīno melnā cauruma mīklu.
Sekojiet līdzi.
Broma, Loeba un Smita darbi ir publicēti žurnālā The Monthly Notices of Royal Astronomical Society.
Avoti:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, paziņojums presei par NASA šī gada sākumā veikto tiešo melno caurumu sabrukšanas atklāšanu.
