Astrofysici van de Western University hebben bewijs gevonden voor de directe vorming van zwarte gaten die niet uit een sterrestant hoeven te komen. De productie van zwarte gaten in het vroege heelal, op deze manier gevormd, kan wetenschappers in een zeer vroeg stadium in de geschiedenis van ons heelal een verklaring bieden voor de aanwezigheid van extreem massieve zwarte gaten.

Shantanu Basu en Arpan Das van het Western Department of Physics &Astronomy hebben een verklaring ontwikkeld voor de waargenomen verspreiding van superzware zwarte gatmassa's en -helderheden, waarvoor er voorheen geen wetenschappelijke verklaring was. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd door Astrofysische journaalbrieven .

Het model is gebaseerd op een zeer eenvoudige aanname:superzware zwarte gaten vormen zeer, heel snel voorbij heel, heel korte tijd en dan plotseling, ze stoppen. Deze verklaring staat in contrast met het huidige begrip van hoe stellaire zwarte gaten worden gevormd, dat wil zeggen dat ze tevoorschijn komen wanneer het centrum van een zeer massieve ster instort.

"Dit is indirect waarneembaar bewijs dat zwarte gaten afkomstig zijn van directe instortingen en niet van stellaire overblijfselen, " zegt Bas, een astronomieprofessor aan Western die internationaal wordt erkend als een expert in de vroege stadia van stervorming en protoplanetaire schijfevolutie.

Basu en Das ontwikkelden het nieuwe wiskundige model door de massafunctie te berekenen van superzware zwarte gaten die zich gedurende een beperkte tijdsperiode vormen en een snelle exponentiële massagroei ondergaan. De massagroei kan worden gereguleerd door de Eddington-limiet die wordt bepaald door een balans van straling en zwaartekracht of deze zelfs met een bescheiden factor kan overschrijden.

"Superzware zwarte gaten hadden slechts een korte periode waarin ze snel konden groeien en op een gegeven moment, vanwege alle straling in het universum gecreëerd door andere zwarte gaten en sterren, hun productie kwam tot stilstand, " legt Basu uit. "Dat is het scenario voor directe instorting."

Gedurende het laatste decennium, veel superzware zwarte gaten die een miljard keer massiever zijn dan de zon zijn ontdekt bij hoge 'roodverschuivingen', ' wat betekent dat ze binnen 800 miljoen jaar na de oerknal in ons universum waren. De aanwezigheid van deze jonge en zeer massieve zwarte gaten stelt ons begrip van de vorming en groei van zwarte gaten in vraag. Het scenario met directe instorting zorgt voor initiële massa's die veel groter zijn dan geïmpliceerd door het standaard stellaire overblijfselscenario, en kan een lange weg gaan om de waarnemingen te verklaren. Dit nieuwe resultaat levert bewijs dat dergelijke direct instortende zwarte gaten inderdaad in het vroege heelal zijn geproduceerd.

Basu gelooft dat deze nieuwe resultaten kunnen worden gebruikt met toekomstige waarnemingen om de vormingsgeschiedenis van de extreem massieve zwarte gaten die in zeer vroege tijden in ons universum bestaan, af te leiden.