Een al lang bestaande vraag in de astrofysica is:hoe en wanneer zijn superzware zwarte gaten ontstaan ​​en gegroeid in het vroege heelal? Nieuw onderzoek met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) suggereert dat een antwoord op deze vraag ligt in de intermitterende manier waarop gigantische zwarte gaten materiaal kunnen consumeren in de eerste miljard jaar na de oerknal.

Astronomen hebben vastgesteld dat de oerknal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond en hebben bewijs van de SDSS dat superzware zwarte gaten met een massa van ongeveer een miljard keer die van de zon ongeveer 12,8 miljard jaar geleden bestonden. Dit houdt in dat superzware zwarte gaten in de eerste miljard jaar na de oerknal snel groeiden. Nog, wetenschappers hebben moeite om tekenen te vinden van deze groeiende gigantische zwarte gaten.

"Superzware zwarte gaten worden niet spontaan geboren - ze moeten enorme hoeveelheden materiaal opnemen en dat kost tijd, " zei hoofdauteur Edwige Pezzulli, Promovendus van de Universiteit van Rome in Italië en lid van het project "FIRST", gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad. "We proberen erachter te komen hoe ze dit hebben gedaan zonder veel veelbetekenende tekenen van deze groei af te geven."

Wanneer materiaal naar een zwart gat valt, het wordt verhit, en produceert grote hoeveelheden elektromagnetische straling, inclusief overvloedige röntgenstraling. Snelgroeiende zwarte gaten in het zeer vroege heelal zouden met Chandra te detecteren moeten zijn. Echter, deze groeiende superzware zwarte gaten zijn ongrijpbaar gebleken, met slechts een paar nog te bevestigen kandidaten gevonden in zeer lange Chandra-waarnemingen zoals de Chandra Deep Field-South, de diepste röntgenfoto ooit gemaakt.

Om dit raadsel aan te pakken, Pezzulli en haar collega's onderzochten verschillende theoretische modellen en testten ze tegen optische gegevens van de SDSS en röntgengegevens van Chandra. Hun bevindingen geven aan dat het voeden van zwarte gaten tijdens dit tijdperk abrupt kan plaatsvinden en voor korte tijd kan duren, wat betekent dat deze groei moeilijk te herkennen is.

"In ons model consumeerde slechts ongeveer een derde van de zwarte gaten actief materiaal en groeide 13 miljard jaar geleden", zei co-auteur Rosa Valiante van het Nationaal Instituut voor Astrofysica (INAF) in Italië en lid van het FIRST-team. "Ongeveer 200 miljoen jaar eerder was slechts 3% van de zwarte gaten actief aan het eten. Timing, het lijkt, kan alles zijn."

De onderzoekers kwamen tot hun conclusies na het testen van meerdere hypothesen, die allemaal veronderstelden dat de groei van het zwarte gat de zogenaamde Eddington-limiet zou kunnen overschrijden, waar de uitwendige stralingsdruk van het hete gas de inwendige aantrekkingskracht van de zwaartekracht van het zwarte gat in evenwicht houdt.

De resultaten van de auteurs pleitten tegen de mogelijkheid dat slechts een klein deel van de sterrenstelsels tijdens de eerste miljard jaar na de oerknal superzware zwarte gaten bevat. Ook, hoewel deze vroege zwarte gaten waarschijnlijk werden verduisterd door dikke wolken van materiaal, de auteurs ontdekten dat de meeste röntgenstralen deze wolken zouden hebben kunnen doordringen.

De studie is gebaseerd op het idee dat toen ze werden geboren, de eerste zwarte gaten wogen slechts ongeveer honderd zonnen. "Deze "lichte" zaden van zwarte gaten kunnen de overblijfselen zijn van de eerste generatie massieve sterren die slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal zijn gevormd", zegt co-auteur Maria Orofino, Promovendus van de Scuola Normale Superiore in Italië.

De onderzoekers, een team van vrouwelijke wetenschappers, waaronder Simona Gallerani van Scuola Normale Superiore in Pisa en Tullia Sbarrato van de Bicocca Universiteit van Milaan, in Italië, ontdekte dat zwarte gaten in hun relatief zeldzame uitbarstingen van intense groei zo groot kunnen worden dat lichte zaden een miljard keer de massa van de zon kunnen bereiken als het universum slechts een miljard jaar oud is.

"Om te weten of we uiteindelijk gelijk hebben, we zullen moeten kijken naar grotere delen van de lucht in röntgenstralen om te zien of we de vroege, smullen van zwarte gaten die onze modellen hebben voorspeld, " zei Raffaella Schneider, van Sapienza University in Italië en leider van het ERC-project FIRST. "Onze resultaten zijn zeker veelbelovend."