Astronoomid on leidnud mõned väga vanad supermassiivsed mustad augud, need, mis tekkisid, kui universum oli üsna noor. Kuid nad olid hämmingus, kuidas must auk võib kasvada nii tohutuks suuruseks, kui Universum ise oli alles väikelaps.
Astronoomid on nüüd leidnud ainulaadse tingimuste komplekti, mis olid kohal pool miljardit aastat pärast Suurt Pauku, mis võimaldas neil koletise mustadel augutel tekkida. Ebatavaline intensiivse kiirguse allikas lõi nn otsese kokkuvarisemise mustad augud.
"See on kosmiline ime," ütles Volker Bromm Austini Texase ülikoolist, kes tegi leidude leidmisel koostööd mitme astronoomiga. "See on ainus aeg universumi ajaloos, kui tingimused on neile sobivad."
Tavalist arusaamist sellest, kuidas moodustuvad mustad augud, nimetatakse akretsiooniteooriaks, kus äärmiselt massiivne täht variseb kokku ja musta augu “seemned” ehitatakse kokkuvarisemisest, tõmmates ümbritsevast gaasi sisse ja ühendades väiksemad mustad augud. Kuid see protsess võtab kaua aega, palju kauem kui aeg, mil need kiiresti moodustuvad mustad augud olid. Lisaks polnud varases universumis piisavalt gaasi ja tolmu, et supermassiivsete mustade aukude jaoks kasvada nende hiiglaslik suurus.
Uued leiud viitavad selle asemel, et mõned esimestest mustadest aukudest tekkisid otse gaasipilve varisedes, minnes mööda muudest vahefaasidest, näiteks massiivse tähe moodustumisest ja järgnevast hävitamisest.
Muidugi, nagu mis tahes musta auku, pole neid “otsese kokkuvarisemise” mustaid auke näha. Kuid nende olemasolu kohta oli kindlaid tõendeid, kuna neid on vaja noores universumis avastatud tugevalt helendavate kvaasaride käitamiseks. Kvasari suur heledus pärineb mateeriast, mis spiraalistub ülimassiivseks mustaks auku, kuumenedes miljonite kraadideni, luues joad, mis säravad nagu majakad üle kogu Universumi. Kuid kuna akrediteerimisteooria ei seleta ülitähtsaid mustaid auke äärmiselt kauges - ja seetõttu ka noores - universumis, ei saaks astronoomid selgitada ka kvaasreid. Seda on nimetatud “kvaasiseemne probleemiks”.
"Varases universumis täheldatud kvaasarid sarnanevad hiiglaslike beebidega sünnitustoas, mis on täis tavalisi imikuid," ütles Avi Loeb Brommiga koos töötanud Harvardi-Smithsoni astrofüüsika keskusest. „Jääb vaid küsida: mis on erilist keskkonnas, mis neid hiiglaslikke beebisid toitis? Tavaliselt tarbitakse külma gaasi reservuaari läheduses asuvates galaktikates, nagu Linnutee, enamasti tähtede moodustamisel. ”
Kuid 2003. aastal tulid Bromm ja Loeb välja teoreetilise idee saada varajane galaktika supermassiivse seemne musta augu moodustamiseks, pärssides tähtede moodustumise muidu keelava energia sisenemise. Nad nimetasid seda protsessi otseseks kokkuvarisemiseks.
"Alustage" ürgse vesiniku ja heeliumi pilvega, mis on sulandunud ultraviolettkiirguse merre, "ütles Bromm. „Te purustate selle pilve tumeda aine halo gravitatsiooniväljas. Tavaliselt suudab pilv jahtuda ja killustuda, moodustades tähti. Ultraviolett footonid hoiavad gaasi siiski kuumana, pärssides nii tähtede moodustumist. Need on soovitud, peaaegu imelised tingimused: kokku variseda ilma killustumiseta! Kuna gaas muutub kompaktsemaks, on teil lõpuks tingimused massiivseks mustaks auguks. ”
See kosmiliste tingimuste kogum näib eksisteerivat alles väga varases universumis ja seda protsessi galaktikates tänapäeval ei toimu.
Nende teooria kontrollimiseks asusid Bromm, Loeb ja nende kolleeg Aaron Smith uurima galaktikat nimega CR7, mille Hubble'i kosmoseteleskoobi uuring COSMOS tuvastas umbes ühe miljardi aasta möödumisel Suurest Paugust.
David Sobral Lissaboni ülikoolist oli teinud CR7 järelvaatlusi mõne maailma suurima maapealse teleskoobiga, sealhulgas Keck ja VLT. Need paljastasid CR7-st pärit kerge allkirja mõned äärmiselt ebatavalised omadused. Nimelt oli Lyman-alfa vesinikujoon arvatust mitu korda heledam. Märkimisväärselt näitas spekter ka ebatavaliselt heledat heeliumijoont.
"Ükskõik, mis selle allikaga sõidab, on väga kuum - piisavalt kuum, et heeliumi ioniseerida," ütles Smith umbes 100 000 kraadi Celsiuse järgi.
Need ja muud spektri ebaharilikud omadused tähendasid, et see võib olla kas ürgtähtede klaster või ülitähtis must auk, mille võib moodustada otsene kokkuvarisemine.
Smith viis läbi mõlema stsenaariumi simulatsiooni ja kuigi täheklastri stsenaarium „suurejooneliselt ebaõnnestus,” ütles Smith, toimis otsese kokkuvarisemise musta augu mudel hästi.
Samuti, selle aasta alguses, kasutasid teadlased nende võimalike musta augu seemnete tuvastamiseks Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskuse, Hubble'i kosmoseteleskoobi ja Spitzeri kosmoseteleskoobi kombineeritud andmeid. Nad leidsid kaks objekti, mõlemad vastasid infrapunaandmete teoreetilisele profiilile. (nende artiklit loe siit.)
Näib, et astronoomid lähenevad selle mudeli lähenemisviisile, ütles Smith, et lahendada kvaasiseemneprobleem ja varase musta augu nõel.
Olge kursis.
Brommi, Loebi ja Smithi teos avaldatakse ajakirjas Kuu ajakirjad kuningliku astronoomiaühingu kuuväljaandes.
Allikad:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, pressiteade selle kohta, et NASA tuvastas selle aasta alguses otsesed kokkuvarisemise mustad augud.
