Es ist eines der Rätsel der Kosmologie und der Sternentwicklung: Wie sind supermassereiche Schwarze Löcher so ... nun, Super massiv…im frühen Universum, als anscheinend noch nicht genug Zeit vergangen war, um ihre Masse allein durch stetige Akkretionsprozesse anzusammeln? Es dauert eine Weile, bis eine Milliarde Sonnenmassen Materie aufgefressen sind, selbst bei gesundem Appetit und viel in Reichweite der Schwerkraft. Aber doch sind sie da: Monster-Schwarze Löcher sind in einigen der am weitesten entfernten Galaxien verbreitet und zeigen ihr frühreifes Wachstum, während das Universum gerade seinen einmilliardsten Geburtstag feierte.
Jüngste Erkenntnisse von Forschern von Caltech legen nahe, dass diese alten SMBs durch den Tod bestimmter Arten von ursprünglichen Riesensternen entstanden sind, exotischen Sternendinosauriern, die groß wurden und jung starben. Während ihres gewaltsamen Zusammenbruchs nicht nur einer, sondern zwei Es bilden sich schwarze Löcher, von denen jedes seine eigene Masse sammelt, bevor es sich schließlich zu einem einzigen supermassiven Monster zusammenschließt.
Sehen Sie sich eine Simulation an und erfahren Sie unten mehr darüber:
Aus einem Caltech-Artikel von Jessica Stoller-Conrad:
Um die Ursprünge junger supermassiver Schwarzer Löcher zu untersuchen, wandten sich Christian Reisswig, Poststein-Stipendiat der NASA für Astrophysik an der Caltech und Christian Ott, Assistenzprofessor für theoretische Astrophysik, einem Modell mit supermassiven Sternen zu. Es wird vermutet, dass diese riesigen, eher exotischen Sterne im frühen Universum nur für kurze Zeit existierten.
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Im Gegensatz zu gewöhnlichen Sternen werden supermassive Sterne hauptsächlich durch ihre eigene Photonenstrahlung gegen die Schwerkraft stabilisiert. In einem sehr massiven Stern drückt die Photonenstrahlung - der nach außen gerichtete Photonenfluss, der aufgrund der sehr hohen Innentemperaturen des Sterns erzeugt wird - das Gas vom Stern nach außen, entgegen der Gravitationskraft, die das Gas zurückzieht.
Während seines Lebens kühlt sich ein supermassiver Stern aufgrund von Energieverlust durch Emission von Photonenstrahlung langsam ab. Wenn der Stern abkühlt, wird er kompakter und seine zentrale Dichte nimmt langsam zu. Dieser Prozess dauert einige Millionen Jahre, bis der Stern eine ausreichende Kompaktheit erreicht hat, damit die Gravitationsinstabilität einsetzt und der Stern durch die Gravitation zusammenbricht.
Frühere Studien sagten voraus, dass supermassive Sterne beim Zusammenbruch eine Kugelform beibehalten, die möglicherweise aufgrund einer schnellen Rotation abgeflacht wird. Diese Form wird als achsensymmetrische Konfiguration bezeichnet. Reisswig und seine Kollegen berücksichtigten die Tatsache, dass sich sehr schnell drehende Sterne für winzige Störungen anfällig sind, und sagten voraus, dass diese Störungen dazu führen könnten, dass die Sterne abweichennicht-Achsensymmetrische Formen während des Zusammenbruchs. Solche anfänglich winzigen Störungen würden schnell wachsen und letztendlich dazu führen, dass das Gas im kollabierenden Stern verklumpt und Fragmente mit hoher Dichte bildet.
"Das Wachstum von Schwarzen Löchern zu supermassiven Skalen im jungen Universum scheint nur möglich zu sein, wenn die" Samen "-Masse des kollabierenden Objekts bereits ausreichend groß war."
- Christian Reisswig, Poststein-Stipendiat der NASA Einstein bei Caltech
Diese Fragmente umkreisen das Zentrum des Sterns und werden immer dichter, wenn sie während des Zusammenbruchs Materie aufnehmen. Sie würden auch die Temperatur erhöhen. Und dann, sagt Reisswig, "setzt ein interessanter Effekt ein." Bei ausreichend hohen Temperaturen würde genügend Energie zur Verfügung stehen, um Elektronen und ihre Antiteilchen oder Positronen zu sogenannten Elektron-Positron-Paaren zusammenzufügen. Die Bildung von Elektron-Positron-Paaren würde einen Druckverlust verursachen und den Kollaps weiter beschleunigen. Infolgedessen würden die beiden umlaufenden Fragmente letztendlich so dicht werden, dass sich an jedem Klumpen ein Schwarzes Loch bilden könnte. Das Paar schwarzer Löcher könnte sich dann umeinander drehen, bevor es zu einem großen schwarzen Loch verschmilzt.
"Dies ist eine neue Erkenntnis", sagt Reisswig. "Niemand hat jemals vorhergesagt, dass ein einzelner kollabierender Stern ein Paar schwarzer Löcher hervorbringen könnte, die dann verschmelzen."
Diese Ergebnisse wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung die Woche vom 11. Oktober. Quelle: Caltech-Nachrichtenartikel von Jessica Stoller-Conrad.
