Stråling fra nærliggende galakser hjalp med at brænde de første monster sorte huller, siger undersøgelse

Fremkomsten af ​​supermassive sorte huller ved universets daggry har undret astronomer siden deres opdagelse for mere end ti år siden. Et supermassivt sort hul menes at dannes over milliarder af år, men mere end to dusin af disse giganter er blevet set inden for 800 millioner år efter Big Bang for 13,8 milliarder år siden.

I en ny undersøgelse i tidsskriftet Natur astronomi , et team af forskere fra Dublin City University, Columbia University, Georgia Tech, og Helsinki Universitet, tilføje beviser til en teori om, hvordan disse gamle sorte huller, omkring en milliard gange tungere end vores sol, kan have dannet sig og hurtigt taget på.

I computersimuleringer, forskerne viser, at et sort hul hurtigt kan vokse i centrum af sin værtsgalakse, hvis en nærliggende galakse udsender nok stråling til at slukke for dets evne til at danne stjerner. Således deaktiveret, værtsgalaksen vokser indtil dens endelige kollaps, danner et sort hul, der lever af den resterende gas, og senere, støv, døende stjerner, og muligvis andre sorte huller, at blive supergigantisk.

"Galaksens kollaps og dannelsen af ​​et sort hul med millioner af solmasser tager 100, 000 år - et slag i kosmisk tid, " siger studiemedforfatter Zoltan Haiman, en astronomiprofessor ved Columbia University. "Et par hundrede millioner år senere, det er vokset til et milliard-solmasse supermassivt sort hul. Det er meget hurtigere, end vi havde forventet."

I det tidlige univers, stjerner og galakser dannet, da molekylært hydrogen afkølede og tømte et urplasma af brint og helium. Dette miljø ville have begrænset sorte huller fra at vokse sig meget store, da molekylært brint forvandlede gas til stjerner langt nok væk til at undslippe de sorte hulles tyngdekraft. Astronomer har fundet på flere måder, hvorpå supermassive sorte huller kan have overvundet denne barriere.

I en undersøgelse fra 2008, Haiman og hans kolleger antog, at stråling fra en massiv nabogalakse kunne opdele molekylært brint til atomært brint og få det spirende sorte hul og dets værtsgalakse til at kollapse i stedet for at skabe nye klynger af stjerner.

En senere undersøgelse ledet af Eli Visbal, derefter postdoc ved Columbia, beregnet, at den nærliggende galakse skulle være mindst 100 millioner gange mere massiv end vores sol for at udsende nok stråling til at stoppe stjernedannelsen. Selvom det er relativt sjældent, nok galakser af denne størrelse findes i det tidlige univers til at forklare de supermassive sorte huller, der er observeret indtil videre.

Den nuværende undersøgelse, ledet af John Regan, en postdoc forsker ved Irlands Dublin City University, modellerede processen ved hjælp af software udviklet af Columbias Greg Bryan, og inkluderer virkningerne af tyngdekraften, væskedynamik, kemi og stråling.

Efter adskillige dage med at knuse tallene på en supercomputer, forskerne fandt ud af, at nabogalaksen kunne være mindre og tættere på end tidligere anslået. "Den nærliggende galakse kan ikke være for tæt på, eller for langt væk, og ligesom Guldlok-princippet, for varmt eller for koldt, " sagde studiemedforfatter John Wise, en associeret astrofysikprofessor ved Georgia Tech.

Den nuværende undersøgelse, ledet af John Regan, en postdoc forsker ved Irlands Dublin City University, forsøgt at modellere processen. Ved at bruge simuleringer til at måle, hvordan stråling fra den ene galakse påvirkede dannelsen af ​​sorte hul i den anden, forskerne fandt ud af, at nabogalaksen kunne være mindre og tættere på end tidligere anslået.

"Den nærliggende galakse kan ikke være for tæt på, eller for langt væk, og ligesom Guldlok-princippet, for varmt eller for koldt, " sagde studiemedforfatter John Wise, en associeret astrofysikprofessor ved Georgia Tech.

Selvom massive sorte huller findes i centrum af de fleste galakser i det modne univers, inklusive vores egen Mælkevej, de er langt mindre almindelige i spædbørnsuniverset. De tidligste supermassive sorte huller blev først set i 2001 gennem et teleskop ved New Mexicos Apache Point Observatory som en del af Sloan Digital Sky Survey.

Forskerne håber at teste deres teori, når NASAs James Webb Space Telescope, efterfølgeren til Hubble, går online næste år og sender billeder tilbage fra det tidlige univers.

Andre modeller af, hvordan disse gamle giganter udviklede sig, inklusive et, hvor sorte huller vokser ved at smelte sammen med millioner af mindre sorte huller og stjerner, afvente yderligere test. "Forståelse af, hvordan supermassive sorte huller dannes, fortæller os, hvordan galakser, inklusive vores egne, forme og udvikle sig, og i sidste ende, fortæller os mere om universet, vi lever i, " sagde Regan, ved Dublin City University.

Undersøgelsen har titlen, "Hurtig dannelse af massive sorte huller i umiddelbar nærhed af embryonale protogalakser."