Wetenschappers van het Centrum voor Astrofysica | Harvard &Smithsonian, en het Black Hole Initiative (BHI), hebben licht geworpen op hoe zwarte gaten in de loop van de tijd groeien door een nieuw model te ontwikkelen om te voorspellen of groei door aanwas of door fusies dominant is, volgens de resultaten van een studie die vandaag is gepresenteerd op de virtuele 236e bijeenkomst van de American Astronomical Society en tegelijkertijd is gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift .

Dr. Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. Professor of Science aan Harvard, en Dr. Fabio Pacucci, astrofysicus en BHI &Clay Fellow bij CfA, hebben een theoretisch model ontwikkeld om het hoofdkanaal voor de groei van zwarte gaten te bepalen. Het model is geldig vanaf het plaatselijk universum tot roodverschuiving 10, of ruwweg van het heden tot ongeveer 13 miljard jaar geleden.

De studie suggereert dat het belangrijkste groeikanaal afhangt van de massa van het zwarte gat en van roodverschuiving. In het nabije heelal groeien kleine zwarte gaten meestal door accretie, terwijl zeer grote zwarte gaten meestal via fusies groeien. In het heel verre heelal is er een omkering:kleine zwarte gaten groeien meestal door fusies, grote zwarte gaten door accretie.

"Zwarte gaten kunnen op twee manieren groeien. Ze kunnen massa uit de ruimte om hen heen verzamelen of ze kunnen met elkaar versmelten, het vormen van nog een massief zwart gat, "zei Pacucci. "We geloven momenteel dat de eerste zwarte gaten begonnen te vormen ongeveer met de eerste populatie sterren, meer dan 13,5 miljard jaar geleden." De vraag is:hoe zijn deze "zaden" uitgegroeid tot de zeer brede populatie zwarte gaten die wetenschappers nu in het universum detecteren, van kleine tot zeer grote monsters die we zien schijnen vanaf de andere kant van de kosmos? Loeb heeft toegevoegd, "We kunnen hun geschiedenis inperken, niet alleen door licht te detecteren, maar ook door zwaartekrachtgolven, de rimpelingen in de ruimtetijd die hun fusies produceren."

Volgens eerdere studies, Er wordt voorspeld dat zwarte gaten die voornamelijk door accretie groeien veel sneller om hun as zullen draaien dan gaten die voornamelijk via fusies groeien. "Als de rotatiesnelheid, of draaien, heeft een fundamentele invloed op de manier waarop het gebied rond een zwart gat schijnt, het bestuderen van de belangrijkste groeimodaliteit van zwarte gaten helpt ons een duidelijker beeld te krijgen van hoe helder deze bronnen kunnen zijn. We weten al dat materie naar de waarnemingshorizon van zwarte gaten valt en, als het versnelt, het warmt ook op, en dit gas begint straling uit te zenden, "zei Pacucci. "Hoe meer materie een zwart gat ophoopt, hoe helderder het zal zijn; daarom kunnen we objecten in de verte waarnemen, zoals superzware zwarte gaten. Ze zijn een miljard keer massiever dan de zon, en ze zijn in staat enorme hoeveelheden straling uit te zenden, zodat we ze zelfs op een afstand van miljarden lichtjaren kunnen observeren." Loeb verklaarde verder dat zelfs als hun omgeving gasvrij is, "zwarte gaten kunnen in massa groeien door fusies van sterrenstelsels."

Zwarte gaten, en hun groei, lijken een sleutelrol te spelen in de evolutie van sterrenstelsels. "Wij geloven dat elk sterrenstelsel een enorm zwart gat in het centrum bevat, die de vorming van sterren in hun gastheer regelt, "zei Pacucci. "Begrijpen hoe zwarte gaten ontstaan, groeide en samen met sterrenstelsels evolueerde, is fundamenteel voor ons begrip en kennis van het universum, en met deze studie we hebben nog een stukje van de puzzel."

De volgende generatie ruimtegebaseerde röntgen- en zwaartekrachtgolfobservatoria, inclusief Lynx, Athene, AXIS en LISA - de Laser Interferometer Space Antenna - zullen in staat zijn om de meeste zwarte gaten te detecteren die in dit werk zijn onderzocht, tot in het zeer vroege heelal. Toekomstige waarnemingen zullen het nieuwe model testen en uiteindelijk de wetenschappelijke kennis van de populatie zwarte gaten in de kosmische tijd uitbreiden.

"We hebben ons model al getest met gegevens van zwarte gaten in de buurt, het behalen van zeer bemoedigende resultaten, "zei Pacucci. "Ons doel in deze studie was om de wetenschappelijke gemeenschap te voorzien van een theorie die beschrijft hoe zwarte gaten kunnen zijn gegroeid tijdens de evolutie van het universum. Dit zal leiden tot beslissingen over observatiestrategieën met toekomstige ruimtetelescopen, evenals de basis leggen voor modellen die andere aspecten van de evolutie van het universum beschrijven."

Loeb, te, is optimistisch over de toekomst, "We vinden verrassend grote 'baby's' in de kosmische kraamkamers van zwarte gaten, maar de komende decennia zullen we erachter komen wie hun ouders waren."