Tidlige sorte huller kan være vokset i anfald og sprøjt

Et mangeårigt spørgsmål inden for astrofysik er:hvordan og hvornår dukkede supermassive sorte huller op og voksede i det tidlige univers? Ny forskning ved hjælp af NASAs Chandra X-ray Observatory og Sloan Digital Sky Survey (SDSS) tyder på, at et svar på dette spørgsmål ligger i den intermitterende måde, gigantiske sorte huller kan forbruge materiale i de første milliard år efter Big Bang.

Astronomer har fastslået, at Big Bang fandt sted for omkring 13,8 milliarder år siden og har beviser fra SDSS for, at supermassive sorte huller med masser på omkring en milliard gange Solens masser eksisterede for omkring 12,8 milliarder år siden. Dette indebærer, at supermassive sorte huller voksede hurtigt i den første milliard år efter Big Bang. Endnu, forskere har kæmpet for at finde tegn på disse voksende gigantiske sorte huller.

"Supermassive sorte huller fødes ikke spontant - de skal indtage store mængder materiale, og det tager tid, "sagde hovedforfatter Edwige Pezzulli, Ph.d. -studerende ved universitetet i Rom i Italien og medlem af projektet "FIRST", finansieret af Det Europæiske Forskningsråd. "Vi forsøger at finde ud af, hvordan de har gjort dette uden at afgive mange tegn på denne vækst."

Når materiale falder mod et sort hul, det bliver opvarmet, og producerer store mængder elektromagnetisk stråling, inklusive rigelig røntgenstråling. Hurtigt voksende sorte huller i det meget tidlige univers burde kunne spores med Chandra. Imidlertid, disse voksende supermassive sorte huller har vist sig at være uhåndgribelige, med kun få, endnu ikke bekræftet kandidater fundet i meget lange Chandra-observationer såsom Chandra Deep Field-South, det dybeste røntgenbillede, der nogensinde er taget.

For at løse dette problem, Pezzulli og hendes kolleger undersøgte forskellige teoretiske modeller og testede dem mod optiske data fra SDSS og røntgendata fra Chandra. Deres resultater tyder på, at fodring med sorte huler i denne æra kan tænde brat og vare i korte perioder, hvilket betyder, at denne vækst kan være svær at få øje på.

"I vores model var kun omkring en tredjedel af sorte huller aktivt forbrugende materiale og voksede for 13 milliarder år siden," siger medforfatter Rosa Valiante fra National Institute for Astrophysics (INAF) i Italien og medlem af det FØRSTE team. "Omkring 200 millioner år tidligere spiste kun 3% af de sorte huller aktivt. Timing, det lader til, kan være alt."

Forskerne nåede deres konklusioner efter at have testet flere hypoteser, som alle antog, at væksten i det sorte hul kunne overstige den såkaldte Eddington-grænse, hvor det udadgående tryk af stråling fra den varme gas afbalancerer det sorte huls indadgående træk.

Forfatternes resultater argumenterede imod muligheden for, at kun en lille del af galakserne i løbet af den første milliard år efter Big Bang indeholder supermassive sorte huller. Også, selvom disse tidlige sorte huller sandsynligvis blev tilsløret af tykke skyer af materiale, forfatterne fandt ud af, at de fleste røntgenstråler ville have været i stand til at trænge igennem disse skyer.

Undersøgelsen er baseret på tanken om, at da de blev født, de første sorte huller vejede kun omkring hundrede sole. "Disse" lyse "sorte huller frø kunne være resterne af den første generation af massive stjerner, der blev dannet kun få hundrede millioner år efter Big Bang," siger medforfatter Maria Orofino, Ph.d. -studerende ved Scuola Normale Superiore i Italien.

Forskerne, et hold af kvindelige videnskabsmænd, herunder Simona Gallerani fra Scuola Normale Superiore i Pisa og Tullia Sbarrato fra Bicocca University of Milan, i Italien, fandt ud af, at sorte huller kan vokse så meget i deres relativt sjældne udbrud af intens vækst, at lette frø kan nå en milliard gange Solens masse, når universet kun er en milliard år gammelt.

"For at vide, om vi i sidste ende har ret, vi bliver nødt til at se på større dele af himlen i røntgenbilleder for at se, om vi kan finde det tidlige, fester sorte huller, som vores modeller har forudsagt, "sagde Raffaella Schneider, fra Sapienza University i Italien og leder af ERC -projektet FIRST. "Vores resultater viser bestemt lovende."