Het verschijnen van superzware zwarte gaten aan het begin van het heelal heeft astronomen sinds hun ontdekking meer dan tien jaar geleden voor een raadsel gesteld. Men denkt dat een superzwaar zwart gat zich in de loop van miljarden jaren zal vormen, maar meer dan twee dozijn van deze kolossen zijn waargenomen binnen 800 miljoen jaar na de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden.

In een nieuwe studie in het tijdschrift Natuurastronomie , een team van onderzoekers van de Dublin City University, Universiteit van Colombia, Georgië Tech, en de Universiteit van Helsinki, bewijs toevoegen aan één theorie over hoe deze oude zwarte gaten, ongeveer een miljard keer zwaarder dan onze zon, kan gevormd zijn en snel zwaarder worden.

Bij computersimulaties de onderzoekers laten zien dat een zwart gat snel kan groeien in het centrum van zijn gaststerrenstelsel als een nabijgelegen sterrenstelsel voldoende straling uitzendt om zijn vermogen om sterren te vormen uit te schakelen. dus uitgeschakeld, het gaststelsel groeit totdat het uiteindelijk instort, een zwart gat vormen dat zich voedt met het resterende gas, en later, stof, stervende sterren, en mogelijk andere zwarte gaten, supergroot te worden.

"De ineenstorting van de melkweg en de vorming van een zwart gat met een massa van een miljoen zonne-energie duurt 100, 000 jaar - een blip in kosmische tijd, " zegt co-auteur Zoltan Haiman, een astronomieprofessor aan de Columbia University. "Een paar honderd miljoen jaar later, het is uitgegroeid tot een superzwaar zwart gat met een miljard zonnemassa. Dit is veel sneller dan we hadden verwacht."

In het vroege heelal, sterren en sterrenstelsels gevormd terwijl moleculaire waterstof een oerplasma van waterstof en helium afkoelde en liet leeglopen. Deze omgeving zou beperkte zwarte gaten hebben om erg groot te worden, aangezien moleculair waterstof gas in sterren veranderde die ver genoeg weg waren om aan de zwaartekracht van de zwarte gaten te ontsnappen. Astronomen hebben verschillende manieren bedacht waarop superzware zwarte gaten deze barrière kunnen overwinnen.

In een onderzoek uit 2008 Haiman en zijn collega's veronderstelden dat straling van een enorm naburig sterrenstelsel moleculaire waterstof zou kunnen splitsen in atomaire waterstof en ervoor zou kunnen zorgen dat het ontluikende zwarte gat en zijn gaststelsel instorten in plaats van nieuwe clusters van sterren voort te brengen.

Een latere studie onder leiding van Eli Visbal, vervolgens een postdoctoraal onderzoeker aan Columbia, berekende dat het nabije sterrenstelsel minstens 100 miljoen keer massiever zou moeten zijn dan onze zon om genoeg straling uit te zenden om stervorming te stoppen. Hoewel relatief zeldzaam, er zijn in het vroege heelal genoeg sterrenstelsels van deze grootte om de tot dusver waargenomen superzware zwarte gaten te verklaren.

De huidige studie, onder leiding van John Regan, een postdoctoraal onderzoeker aan de Dublin City University in Ierland, het proces gemodelleerd met behulp van software die is ontwikkeld door Greg Bryan van Columbia, en omvat de effecten van de zwaartekracht, vloeistofdynamica, chemie en straling.

Na een paar dagen de cijfers op een supercomputer te hebben gekraakt, de onderzoekers ontdekten dat het naburige sterrenstelsel kleiner en dichterbij zou kunnen zijn dan eerder werd geschat. "Het nabijgelegen sterrenstelsel kan niet te dichtbij zijn, of te ver weg, en zoals het Goudlokje-principe, te warm of te koud, " zei co-auteur John Wise, een universitair hoofddocent astrofysica aan Georgia Tech.

De huidige studie, onder leiding van John Regan, een postdoctoraal onderzoeker aan de Dublin City University in Ierland, geprobeerd om het proces te modelleren. Simulaties gebruiken om te meten hoe straling van het ene sterrenstelsel de vorming van zwarte gaten in het andere beïnvloedde, de onderzoekers ontdekten dat het naburige sterrenstelsel kleiner en dichterbij zou kunnen zijn dan eerder werd geschat.

"Het nabijgelegen sterrenstelsel kan niet te dichtbij zijn, of te ver weg, en zoals het Goudlokje-principe, te warm of te koud, " zei co-auteur John Wise, een universitair hoofddocent astrofysica aan Georgia Tech.

Hoewel massieve zwarte gaten zich in het centrum van de meeste sterrenstelsels in het volwassen heelal bevinden, inclusief onze eigen Melkweg, ze komen veel minder vaak voor in het baby-universum. De vroegste superzware zwarte gaten werden voor het eerst waargenomen in 2001 door een telescoop van het Apache Point Observatory in New Mexico als onderdeel van de Sloan Digital Sky Survey.

De onderzoekers hopen hun theorie te testen wanneer NASA's James Webb Space Telescope, de opvolger van Hubble, gaat volgend jaar online en straalt beelden uit het vroege heelal terug.

Andere modellen van hoe deze oude kolossen evolueerden, waaronder een waarin zwarte gaten groeien door te versmelten met miljoenen kleinere zwarte gaten en sterren, wachten op verdere testen. "Begrijpen hoe superzware zwarte gaten zich vormen, vertelt ons hoe sterrenstelsels, inclusief die van ons, vormen en evolueren, en uiteindelijk, vertelt ons meer over het universum waarin we leven, " zei Regan, aan de Dublin City University.

De studie is getiteld, "Snelle vorming van massieve zwarte gaten in de nabijheid van embryonale protosterrenstelsels."