Ogromna czarna dziura we wczesnym wszechświecie jest znacznie większa niż powinna być dla swojego wieku, w oparciu o to, co wiemy o tworzeniu czarnej dziury. Mógłby być inny sposób na zrobienie Czarne dziury?
W 2023 r. Astronomowie korzystający z James Webb Space Telescope (JWST) i obserwatorium rentgenowskie Chandra Zamknięty UHZ1dom gigantycznej czarnej dziury, który istniał, gdy wszechświat miał zaledwie 470 milionów lat.
Czarna dziura UHZ1 waży około 40 milionów mas słonecznych. Chociaż jest to znacznie mniejsze niż największe Supermasywne czarne dziury wykryte, wciąż jest to, jak wcześnie w Historia wszechświata Pojawiło się.
W rzeczywistości jest zbyt duży. Jedynym znanym sposobem tworzenia czarnych dziur jest śmierć masywnych gwiazd. Kiedy umierają wielkie gwiazdy, pozostawiają czarne dziury do kilkudziesięciu razy większej ilości masy słoneczny. Stamtąd mogą wyrosnąć do olbrzymich proporcji, łącząc się z innymi czarnymi dziurami i przykuwając materiał z ich otoczenia.
Wszystko to jest w porządku, ale problem z UHZ1 – a niektórzy z jego przyjaciół – polega na tym, że nie ma wystarczająco dużo czasu, aby przejść od małych nasion do supermasywnych potworów. Wzrost czarnych dziur jest ograniczony czymś, co nazywa się stawka Eddington. Gdy materiał wpada w czarną otwór, ściska, nagrzewa się i emituje promieniowanie. Promieniowanie to zapobiega zbyt szybkiemu wpadnięciu większej ilości materiału; Działa jak naturalny zawór, aby utrzymać czarną dziurę na powolnej i stabilnej diecie.
Aby UHZ1 urodziła się z czarnej dziury masy gwiezdnej, musiałby akretować materiał szybciej, niż pozwoliłaby na to stawka Eddington. Chociaż w niektórych przypadkach możliwe jest przełamanie limitu Eddington, musiałoby utrzymać to tempo przez ponad 100 milionów lat, co napina wiarygodność.
Więc może UHZ1 nie urodził się po śmierci gwiazdy. Być może coś większego zawaliło się samodzielnie, aby stworzyć nasiona duże, które mogłoby wzrosnąć do statusu supermasywnego w krótkim czasie.
Ale wczesny wszechświat nie był dokładnie skomplikowanym miejscem. Nie było żadnych gwiazdyW galaktyki a nawet ciężkie elementy. Płynęły po prostu gigantyczne chmury dziewiczego wodoru i helu, w ich powolnym i stabilnym sposobie stania się bogatym gobelinem współczesnego kosmosu.
Astrofizycy zdali sobie sprawę, że te gigantyczne chmury gazu mogą same upaść. Sztuką jest utrzymanie ich wystarczająco ciepłych. Jeśli ostygną zbyt szybko, zamiast zawalające się jako monolityczny byt, fragmą w wiele mniejszych kieszeni, wytwarzając partię gwiazd o normalnej wielkości.
Elementy cięższe niż hel, znane jako „metale” w żargonie astronomiasą bardzo wydajne w chłodzeniu chmur gazu, ponieważ mogą emitować promieniowanie przy różnych długościach fal. Ale są one nieobecne we wczesnym wszechświecie. Wodór molekularny może również załatwić sprawę. Ale jeśli wokół tych chmur gazowych jest wystarczająca ilość promieniowania ultrafioletowego (UV), rozkłada cząsteczki i utrzymuje wodór w stanie atomowym.
Jeśli warunki są odpowiednie, chmura gazu zapada się w gigantyczną, gwiazdorską strukturę, która może ważyć ponad 10 000 mas słonecznych. Natychmiast w jego rdzeniu tworzy się czarna dziura, która następnie wciąga otaczający materiał, szybko pulsując się w masie ponad 1000, a nawet 10 000 razy Masa słońca.
Ale jest jeden problem: nie wiemy, jak wygenerować tak dużo promieniowania UV we wczesnym wszechświecie. Najbardziej ręcznym źródłem promieniowania UV są gwiazdy, które krótko dostarczają… przed pojawieniem się gwiazd.
W ostatnich latach astrofizycy zgromadzili różne propozycje, aby ogrzewać chmury gazu wodoru. Niektóre pomysły opierają się na pierwszych gwiazdach w kosmicznym świcie, które ogrzewają pobliskie kępy. Inne są bardziej egzotyczne, opierając się na hipotetycznych formach ciemna materia To może zamienić na promieniowanie we wczesnych, mocnych dniach wszechświata.
Ostatecznie nie jesteśmy pewni, jak gigantyczne czarne dziury stały się tak ogromne we wczesnym wszechświecie. Może to wynikać z bezpośredniego załamania; Może to wynikać z jakiegoś egzotycznego procesu; To może wynikać z czegoś, czego jeszcze nie wymyśliliśmy. Ale właśnie dlatego instrumenty takie jak JWST są tak przydatne: tworzą tajemnice, ale mam nadzieję, że pomagają również rozwiązać te puzzle.
