Es wächst die Ansicht, dass Schwarze Löcher im frühen Universum die Keime waren, um die die meisten der heutigen großen Galaxien (jetzt mit supermassiven Schwarzen Löchern) zum ersten Mal gewachsen sind. Und einen Schritt weiter zurück zu gehen, könnte auch der Fall sein, dass Schwarze Löcher der Schlüssel zur Reionisierung des frühen interstellaren Mediums waren - was dann die großräumige Struktur des heutigen Universums beeinflusste.
Um diese frühen Jahre zusammenzufassen… Zuerst war der Urknall - und für ungefähr drei Minuten war alles sehr kompakt und daher sehr heiß -, aber nach drei Minuten bildeten sich die ersten Protonen und Elektronen und für die nächsten 17 Minuten interagierte ein Teil dieser Protonen, um sich zu bilden Heliumkerne - bis 20 Minuten nach dem Urknall wurde das expandierende Universum zu kühl, um die Nukleosynthese aufrechtzuerhalten. Von dort sprangen die Protonen, die Heliumkerne und die Elektronen für die nächsten 380.000 Jahre als sehr heißes Plasma herum.
Es gab auch Photonen, aber es gab kaum eine Chance für diese Photonen, etwas anderes zu tun, als gebildet zu werden und dann sofort von einem benachbarten Teilchen in diesem brütenden heißen Plasma wieder absorbiert zu werden. Aber nach 380.000 Jahren kühlte sich das expandierende Universum so weit ab, dass sich die Protonen und Heliumkerne mit Elektronen zu den ersten Atomen verbinden konnten - und plötzlich hatten die Photonen einen leeren Raum, in dem sie als erste Lichtstrahlen abschießen konnten - was wir heute tun kann immer noch als kosmischer Mikrowellenhintergrund erkennen.
Was folgte, war das sogenannte dunkle Zeitalter, bis sich etwa eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne bildeten. Es ist wahrscheinlich, dass diese Sterne groß waren, wie wirklich groß, da die kühlen, stabilen Wasserstoff- (und Helium-) Atome leicht aggregiert und akkretiert wurden. Einige dieser frühen Sterne waren möglicherweise so groß, dass sie sich schnell als Paar-Instabilitäts-Supernovae in Stücke sprengten. Andere waren nur sehr groß und fielen in schwarze Löcher - viele von ihnen hatten zu viel Selbstgravitation, um bei einer Supernova-Explosion Material aus dem Stern herausblasen zu können.
Und hier beginnt die Geschichte der Reionisierung. Die kühlen, stabilen Wasserstoffatome des frühen interstellaren Mediums blieben nicht lange kühl und stabil. In einem kleineren Universum voller dicht gepackter massereicher Sterne wurden diese Atome schnell wieder erwärmt, wodurch ihre Elektronen dissoziierten und ihre Kerne wieder zu freien Ionen wurden. Dies erzeugte ein Plasma niedriger Dichte - immer noch sehr heiß, aber zu diffus, um undurchsichtig zu sein, um nicht mehr beleuchtet zu werden.
Es ist wahrscheinlich, dass dieser Reionisierungsschritt dann die Größe, auf die neue Sterne wachsen könnten, sowie die Wachstumsmöglichkeiten neuer Galaxien einschränkte, da heiße, angeregte Ionen weniger wahrscheinlich aggregieren und anwachsen als kühle, stabile Atome. Die Reionisierung hat möglicherweise zur gegenwärtigen „klumpigen“ Verteilung der Materie beigetragen, die in allgemein große, diskrete Galaxien organisiert ist und nicht überall gleichmäßig verteilt ist.
Und es wurde vermutet, dass frühe Schwarze Löcher - tatsächlich Schwarze Löcher in Röntgenbinärdateien mit hoher Masse - einen bedeutenden Beitrag zur Reionisierung des frühen Universums geleistet haben könnten. Computermodelle deuten darauf hin, dass das frühe Universum mit einer Tendenz zu sehr massiven Sternen eher schwarze Löcher als Sternreste als Neutronensterne oder weiße Zwerge aufweist. Außerdem befinden sich diese Schwarzen Löcher häufiger in Binärdateien als isoliert (da massive Sterne häufiger mehrere Systeme bilden als kleine Sterne).
Bei einer massiven Binärdatei, bei der eine Komponente ein Schwarzes Loch ist, sammelt das Schwarze Loch schnell eine große Akkretionsscheibe an, die aus Materie besteht, die vom anderen Stern stammt. Dann beginnt diese Akkretionsscheibe, hochenergetische Photonen zu strahlen, insbesondere bei Röntgenenergieniveaus.
Während die Anzahl der von einem akkretierenden Schwarzen Loch emittierten ionisierenden Photonen wahrscheinlich der seines hellen, leuchtenden Vorläufersterns ähnlich ist, wird erwartet, dass sie einen viel höheren Anteil hochenergetischer Röntgenphotonen emittiert - wobei sich jedes dieser Photonen möglicherweise erwärmt und mehrere Atome auf seinem Weg ionisieren, während die Photonen eines leuchtenden Sterns möglicherweise nur ein oder zwei Atome reionisieren.
Hier bitteschön. Schwarze Löcher ... gibt es etwas, was sie nicht können?
Weiterführende Literatur: Mirabel et al. Stellare Schwarze Löcher zu Beginn des Universums.
