Een internationaal team van onderzoekers heeft met succes een supercomputersimulatie gebruikt om de vorming van een enorm zwart gat na te bootsen uit supersonische gasstromen die zijn overgebleven van de oerknal. hun studie, gepubliceerd in de . van deze week Wetenschap , toont aan dat dit zwarte gat de bron zou kunnen zijn van de geboorte en ontwikkeling van de grootste en oudste superzware zwarte gaten die in ons universum zijn geregistreerd.

"Dit is een aanzienlijke vooruitgang. De oorsprong van de monsterlijke zwarte gaten is een al lang bestaand mysterie en nu hebben we er een oplossing voor, " zei auteur en hoofdonderzoeker Naoki Yoshida van het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the universe (Kavli IPMU).

Recente ontdekkingen van deze superzware zwarte gaten op 13 miljard lichtjaar afstand, overeenkomend met toen het universum slechts vijf procent van zijn huidige leeftijd was, vormen een serieuze uitdaging voor de theorie van de vorming en evolutie van zwarte gaten. De fysieke mechanismen die zwarte gaten vormen en hun groei stimuleren, zijn slecht begrepen.

Theoretische studies hebben gesuggereerd dat deze zwarte gaten gevormd zijn uit overblijfselen van de eerste generatie sterren, of van een directe instorting door zwaartekracht van een enorme oergaswolk. Echter, deze theorieën hebben ofwel moeite om snel genoeg superzware zwarte gaten te vormen, of zeer bijzondere voorwaarden vereisen.

Yoshida en JSPS Overseas Research Fellow Shingo Hirano, momenteel aan de Universiteit van Texas in Austin, identificeerde een veelbelovend fysiek proces waardoor een enorm zwart gat snel genoeg zou kunnen ontstaan. De sleutel was het opnemen van het effect van supersonische gasbewegingen met betrekking tot donkere materie. De supercomputersimulaties van het team toonden aan dat zich een enorme klomp donkere materie had gevormd toen het universum 100 miljoen jaar oud was. Supersonische gasstromen gegenereerd door de oerknal werden opgevangen door donkere materie om een ​​dichte, turbulente gaswolk. Binnenkant, een protoster begon te vormen, en omdat het omringende gas meer dan genoeg materiaal opleverde om zich te voeden, de ster kon in korte tijd extreem groot worden zonder veel straling vrij te geven.

"Zodra de massa van 34 is bereikt, 000 keer die van onze zon, de ster stortte in door zijn eigen zwaartekracht, een enorm zwart gat achterlaat. Deze massieve zwarte gaten die in het vroege heelal werden geboren, bleven groeien en samensmelten tot een superzwaar zwart gat, ' zei Yoshida.

"De getalsdichtheid van massieve zwarte gaten is afgeleid van ongeveer één per volume van drie miljard lichtjaar aan een kant - opmerkelijk dicht bij de waargenomen getalsdichtheid van superzware zwarte gaten, ' zei Hirano.

Het resultaat van dit onderzoek zal belangrijk zijn voor toekomstig onderzoek naar de groei van massieve zwarte gaten. Vooral met het toegenomen aantal waarnemingen van zwarte gaten in het verre heelal die naar verwachting zullen worden gedaan wanneer NASA's James Webb Space Telescope volgend jaar wordt gelanceerd.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap op 28 sept.