Computersimulaties uitgevoerd door astrofysici aan de Tohoku University in Japan, hebben een nieuwe theorie onthuld voor het ontstaan ​​van superzware zwarte gaten. In deze theorie de voorlopers van superzware zwarte gaten groeien door niet alleen interstellair gas op te slokken, maar ook kleinere sterren. Dit helpt het grote aantal superzware zwarte gaten dat tegenwoordig wordt waargenomen te verklaren.

Bijna elk sterrenstelsel in het moderne heelal heeft een superzwaar zwart gat in het centrum. Hun massa's kunnen soms oplopen tot 10 miljard keer de massa van de zon. Echter, hun oorsprong is nog steeds een van de grote mysteries van de astronomie. Een populaire theorie is het directe instortingsmodel waarbij oerwolken van interstellair gas onder eigen zwaartekracht instorten om superzware sterren te vormen die vervolgens evolueren tot superzware zwarte gaten. Maar eerdere studies hebben aangetoond dat directe ineenstorting alleen werkt met ongerept gas dat alleen uit waterstof en helium bestaat. Zwaardere elementen zoals koolstof en zuurstof veranderen de gasdynamiek, waardoor het instortende gas uiteenvalt in vele kleinere wolken die hun eigen kleine sterren vormen, in plaats van een paar superzware sterren. Directe ineenstorting door ongerept gas alleen kan het grote aantal superzware zwarte gaten dat we vandaag zien, niet verklaren.

Sunmyon Chon, een postdoctoraal fellow bij de Japan Society for the Promotion of Science en Tohoku University en zijn team gebruikten de National Astronomical Observatory van de Japanse supercomputer "ATERUI II" om langdurige 3D-simulaties met hoge resolutie uit te voeren om de mogelijkheid te testen dat superzware sterren zouden kunnen zelfs in met zware elementen verrijkt gas. Stervorming in gaswolken inclusief zware elementen is moeilijk te simuleren vanwege de rekenkosten van het simuleren van de gewelddadige splitsing van het gas, maar vooruitgang in rekenkracht, met name de hoge rekensnelheid van "ATERUI II" in gebruik genomen in 2018, stelde het team in staat deze uitdaging te overwinnen. Deze nieuwe simulaties maken het mogelijk om de vorming van sterren uit gaswolken nader te bestuderen.

In tegenstelling tot eerdere voorspellingen, het onderzoeksteam ontdekte dat superzware sterren zich nog steeds kunnen vormen uit met zware elementen verrijkte gaswolken. Zoals verwacht, de gaswolk breekt met geweld open en er worden veel kleinere sterren gevormd. Echter, er is een sterke gasstroom naar het centrum van de wolk; de kleinere sterren worden meegesleurd door deze stroom en worden opgeslokt door de massieve sterren in het centrum. De simulaties resulteerden in de vorming van een massieve ster 10, 000 keer massiever dan de zon. "Dit is de eerste keer dat we de vorming van zo'n grote voorloper van een zwart gat hebben aangetoond in wolken die zijn verrijkt met zware elementen. We geloven dat de zo gevormde gigantische ster zal blijven groeien en evolueren tot een gigantisch zwart gat, " zegt Chon.

Dit nieuwe model laat zien dat niet alleen oergas, maar ook gas met zware elementen kan reuzensterren vormen, die de zaden zijn van zwarte gaten. "Ons nieuwe model kan de oorsprong van meer zwarte gaten verklaren dan de vorige studies, en dit resultaat leidt tot een uniform begrip van de oorsprong van superzware zwarte gaten, " zegt Kazuyuki Omukai, een professor aan de Tohoku-universiteit.