Vor ungefähr 13 Milliarden Jahren, als unser Universum noch ein schäbiges Startup war, traf der Kosmos eine kreative Phase und produzierte links, rechts und in der Mitte supermassereiche Schwarze Löcher.
Astronomen können immer noch einen Blick auf diese Relikte des frühen Universums werfen, wenn sie Quasare betrachten, unglaublich große, außergewöhnlich helle Objekte, von denen angenommen wird, dass sie von alten Schwarzen Löchern angetrieben werden, die milliardenfach massereicher sind als die Sonne der Erde. Die Existenz dieser alten Objekte ist jedoch ein Problem. Viele Quasare scheinen aus den ersten 800 Millionen Jahren des Universums zu stammen, lange bevor Sterne groß oder alt genug werden konnten, um unter ihrer eigenen Masse zusammenzubrechen, in einer Supernova zu explodieren und ein Schwarzes Loch zu bilden.
Woher kommen also diese alten Löcher im Gewebe der Raumzeit? Nach einer populären Theorie braucht man vielleicht nur eine ganze Menge Gas.
In einer neuen Studie, die am 28. Juni in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, führten die Forscher ein Computermodell durch, um zu zeigen, dass sich bestimmte supermassereiche Schwarze Löcher im sehr frühen Universum gebildet haben könnten, indem einfach eine gigantische Menge Gas in einer gravitativ gebundenen Wolke angesammelt wurde. Die Forscher fanden heraus, dass in einigen hundert Millionen Jahren eine ausreichend große solche Wolke unter ihrer eigenen Masse zusammenbrechen und ein kleines Schwarzes Loch erzeugen könnte - keine Supernova erforderlich.
Diese theoretischen Objekte werden als DCBHs (Direct Collapse Black Holes) bezeichnet. Laut Shantanu Basu, Experte für Schwarzes Loch, Hauptautor der neuen Studie und Astrophysiker an der Western University in London, Ontario, ist eines der charakteristischen Merkmale von DCBHs, dass sie sich innerhalb kürzester Zeit sehr, sehr schnell gebildet haben müssen frühes Universum.
"Die Schwarzen Löcher bilden sich über eine Dauer von nur etwa 150 Millionen Jahren und wachsen in dieser Zeit schnell", sagte Basu Live Science in einer E-Mail. "Diejenigen, die sich zu Beginn des Zeitfensters von 150 Millionen Jahren bilden, können ihre Masse um den Faktor 10 Tausend erhöhen."
Wie wird aus einer Gaswolke ein Schwarzes Loch? Laut einer Studie aus dem Jahr 2017 erfordert eine solche Transformation zwei Galaxien mit sehr unterschiedlichen Persönlichkeiten: eine davon ist ein kosmischer Überflieger, der viele Babysterne bildet, und die andere ein zurückhaltender Haufen sternenloses Gas.
Wenn sich in der geschäftigen Galaxie neue Sterne bilden, strahlen sie einen konstanten Strom heißer Strahlung aus, der über die benachbarte Galaxie fließt und verhindert, dass das dortige Gas zu eigenen Sternen verschmilzt. Innerhalb weniger hundert Millionen Jahre könnte diese sternenlose Gaswolke so viel Materie ansammeln, dass sie einfach unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbricht und ein Schwarzes Loch bildet, ohne jemals einen Stern zu produzieren, fand Basu.
Bald könnte dieses "Samen" -Schwarzloch einen supermassiven Status erreichen, indem es schnell Materie aus nahe gelegenen Nebeln verschlingt - möglicherweise die gigantischen Quasare hervorbringt, die wir heute sehen können.
Laut Basu war dieser Akt der kosmischen Choreografie möglicherweise nur für ein kurzes Zeitfenster innerhalb der ersten 800 Millionen Jahre des Universums möglich, bevor der Raum zu voll mit Sternen und anderen Schwarzen Löchern wurde, als dass der Prozess stattfinden könnte. Innerhalb von 1 Milliarde Jahren nach dem Urknall gab es möglicherweise bereits so viel Hintergrundstrahlung im Universum, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch Schwierigkeiten haben würde, genug Gas zu finden, um aufzusaugen und sein exponentielles Wachstum fortzusetzen.
"Wir gehen nach diesem Zeitraum von 150 Millionen Jahren von keiner neuen Produktion von Schwarzen Löchern aus", sagte Basu. "Dies erklärt, warum die Anzahl der Schwarzen Löcher über einer bestimmten Masse und Leuchtkraft im Universum stark abfällt."
Während DCBHs vorerst theoretisch bleiben, glauben einige Astronomen, dass das Hubble-Weltraumteleskop 2017 tatsächlich eine solche Objektbildung erfasst hat. Laut den Autoren einer Studie aus diesem Jahr zu diesem Thema verschwand ein Riesenstern einfach vor der Kamera des Hubble Auge, das ohne den verräterischen Blitz einer Supernova verschwindet. Die beste Erklärung, schrieben die Forscher, ist, dass der massive Stern einfach ohne Pomp oder Feuerwerk in ein Schwarzes Loch gefallen ist.
Während der mehrjährigen Umfrage, die in dieser Studie von 2017 gipfelte, explodierten sechs weitere Sterne in der Nähe in Feuer und Wut, was darauf hindeutet, dass ungefähr jeder siebte (14%) große Stern sein Ende erreicht, indem er einfach in der Leere verschwindet.
