Astronomai rado labai senų supermasyvių juodųjų skylių, susidariusių tada, kai Visata buvo gana jauna. Bet jie buvo suglumę, kaip juodoji skylė gali išaugti iki tokio milžiniško dydžio, kai pati Visata buvo tik mažametė.
Astronomai nustatė, kad praėjus pusei milijardo metų po Didžiojo sprogimo buvo unikalių sąlygų rinkinys, kuris leido susidaryti šioms monstro juodosioms skylėms. Neįprastas intensyvios radiacijos šaltinis sukūrė vadinamąsias „tiesioginio žlugimo juodąsias skyles“.
„Tai yra kosminis stebuklas“, - sakė Volkeris Brommas iš Teksaso universiteto Austine, kuris dirbo su keliais astronomais. „Tai vienintelis kartas visatos istorijoje, kai jiems susidaryti yra tinkamos sąlygos“.
Įprastas supratimas apie tai, kaip formuojasi juodosios skylės, yra vadinamas kaupimosi teorija, kai žlunga ypač masyvi žvaigždė, o juodosios skylės „sėklos“ nuo griūties yra surenkamos iš aplinkinių traukiant dujas ir sujungiant mažesnes juodąsias skyles. Tačiau šis procesas užtrunka ilgai, daug ilgiau, nei tas laikas, kai buvo greitai susidariusios juodosios skylės. Be to, ankstyvojoje visatoje nebuvo tokio dujų ir dulkių kiekio, kokio reikia supermasyvioms juodosioms skylėms, kad jos išaugtų iki milžiniškos.
Nauji atradimai rodo, kad kai kurios iš pirmųjų juodųjų skylių susidarė tiesiai, kai sugriuvo dujų debesis, aplenkdamos bet kurias kitas tarpines fazes, tokias kaip didžiulės žvaigždės formavimasis ir sunaikinimas.
Žinoma, kaip ir bet kuri juodoji skylė, šių „tiesioginio žlugimo“ juodųjų skylių nematyti. Tačiau buvo tvirtų įrodymų apie jų egzistavimą, nes jie reikalingi stipriai šviečiantiems kvazariams, aptiktiems jaunoje visatoje, maitinti. Didelį kvazaro ryškumą lemia materija, spiralėjanti į supermasyvią juodąją skylę, įkaitusią iki milijonų laipsnių, sukuriant sroves, kurios šviečia kaip švyturiai visoje Visatoje. Bet kadangi priartėjimo teorija nepaaiškina supermasyvių juodųjų skylių labai tolimoje - taigi ir jaunoje - visatoje, astronomai taip pat negalėjo paaiškinti kvazarų. Tai buvo vadinama „kvazaro sėklos problema“.
„Ankstyvojoje visatoje stebimi kvazariai primena milžiniškus kūdikius gimdymo kambaryje, kuriame pilna normalių kūdikių“, - sakė Avi Loeb iš Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro, dirbusio su „Bromm“. „Lieka stebėtis: kuo ypatinga aplinka, kuri augino šiuos milžiniškus kūdikius? Paprastai šaltų dujų rezervuaras tokiose netoliese esančiose galaktikose kaip Pieno kelias sunaudojamas daugiausia formuojant žvaigždes. “
Bet 2003 m. Brommas ir Loebas sugalvojo teorinę idėją, kaip iš ankstyvosios galaktikos susiformuoti supermasyvią juodąją skylę, užkertant kelią kitoms žvaigždžių formavimo energijoms. Jie procesą vadino tiesioginiu žlugimu.
„Pradėkite nuo„ pirmykščio vandenilio ir helio debesies, užteršto ultravioletinių spindulių jūroje “, - sakė Brommas. „Tu sutraukei šį debesį tamsiosios medžiagos halo gravitaciniame lauke. Paprastai debesis galėtų atvėsti ir suskaidyti, kad sudarytų žvaigždes. Tačiau ultravioletiniai fotonai palaiko dujų kaitrą, taip slopindami bet kokios žvaigždės susidarymą. Tai yra trokštamos, beveik stebuklingos sąlygos: žlugti nesuskaidžius! Kai dujos tampa vis kompaktiškesnės, galų gale jūs sukuriate sąlygas masiškai juodai skylei. “
Atrodo, kad šis kosminių sąlygų rinkinys egzistavo tik pačioje ankstyvojoje visatoje, ir šis procesas šiandien nevyksta galaktikose.
Norėdami išbandyti savo teoriją, Brommas, Loebas ir jų kolega Aaronas Smithas pradėjo tyrinėti galaktiką, vadinamą CR7, kurią Hablo kosminio teleskopo apklausa pavadino COSMOS.
Davidas Sobralis iš Lisabonos universiteto stebėjo CR7 stebėjimą su didžiausiais pasaulyje antžeminiais teleskopais, įskaitant Kecką ir VLT. Jie atidarė keletą neįprastų savybių, susijusių su lengvu parašu, gautu iš CR7. Tiksliau, Lymano alfa vandenilio linija buvo kelis kartus ryškesnė, nei tikėtasi. Stebėtina, kad spektras taip pat rodė neįprastai ryškią helio liniją.
„Tai, kas važiuoja šiuo šaltiniu, yra labai karšta - pakankamai karšta, kad jonizuotų helį“, - apie 100 000 laipsnių Celsijaus sakė Smithas.
Šie ir kiti neįprasti spektro bruožai reiškė, kad tai gali būti pirmapradių žvaigždžių spiečius arba supermasyvi juodoji skylė, kurią greičiausiai suformavo tiesioginis griūtis.
Smithas atliko abiejų scenarijų modeliavimą ir, nors žvaigždžių grupių scenarijus „įspūdingai nepavyko“, Smithas teigė, tiesioginio žlugimo juodosios skylės modelis pasirodė gerai.
Be to, anksčiau šiais metais tyrėjai, naudodamiesi sujungtais „Chandra“ rentgeno spindulių observatorijos, Hablo kosminio teleskopo ir „Spitzer“ kosminio teleskopo duomenimis, nustatė šias galimas juodųjų skylių sėklas. Jie rado du objektus, abu atitiko infraraudonųjų spindulių duomenis. (skaitykite jų dokumentus čia.)
Atrodo, kad astronomai „suartina šį modelį“, sakė Smithas, kad galėtų išspręsti kvazaro sėklos problemą ir ankstyvą juodosios skylės užuominą.
Stebėkite.
Bromo, Loebo ir Smitho darbai paskelbti žurnale „Monthly Notices of Royal Astronomical Society“.
Šaltiniai:
RAS, Harvardo-Smithsoniano CfA, pranešimas spaudai, skirtas NASA šiais metais aptikti tiesiogines juodąsias skylutes.
