לפני כ -13 מיליארד שנה, כאשר היקום שלנו היה עדיין רק סטארט-אפ מדאיג, הקוסמוס פגע ברצף יצירתי וגירש חורים שחורים סופר-מסיביים שמאלה, ימין ומרכז.
אסטרונומים יכולים עדיין להציץ בשרידים אלה של היקום המוקדם כאשר הם מסתכלים על קוואזרים, עצמים גדולים להפליא ובהירים להפליא שנחשבו מונעים על ידי חורים שחורים ישנים המיליארדים פעמים מאסיביים יותר מהשמש של כדור הארץ. עם זאת, עצם קיומם של חפצים קדומים אלה מהווה בעיה. נראה כי קוואזרים רבים נובעים מ -800 מיליון השנים הראשונות של היקום, הרבה לפני שכוכבים יכלו לגדול או גדולים מספיק כדי להתמוטט תחת המסה שלהם, להתפוצץ בסופרנובה ויוצרים חור שחור.
אז מאיפה מגיעים החורים הישנים האלה במרקם הזמן-חלל? על פי תיאוריה אחת פופולרית, אולי כל מה שנדרש זה הרבה גז.
במחקר חדש שפורסם ב -28 ביוני בכתב העת The Astrophysical Journal Letters, החוקרים ניהלו מודל מחשב כדי להראות שחורים שחורים סופר-מסיביים ביקום המוקדם מאוד יכלו להיווצר על ידי פשוט לצבור כמות ענקית של גז לענן אחד כבול בכבידה. החוקרים גילו כי בעוד כמה מאות מיליוני שנים, ענן כזה מספיק גדול יכול לקרוס תחת המסה שלו וליצור חור שחור קטן - לא דרושה סופרנובה.
חפצים תיאורטיים אלה ידועים כחורים שחורים התמוטטות ישירות (DCBHs). לדברי מומחה החור השחור שנטאנו באסו, מחבר הראשי של המחקר החדש ואסטרופיזיקאי באוניברסיטה המערבית בלונדון, אונטריו, אחד המאפיינים המגדירים את ה- DCBHs הוא שהם בטח התגבשו מאוד מאוד מהר בפרק זמן קצר מאוד ב יקום מוקדם.
"החורים השחורים נוצרים לאורך כ -150 מיליון שנה בלבד וצומחים במהירות במהלך תקופה זו," אמר באסו בהודעת Live Live בהודעת הדוא"ל. "אלה שיוצרים בחלק המוקדם של חלון הזמן של 150 מיליון שנה יכולים להגדיל את המסה שלהם בגודל של 10 אלף."
איך ענן גז הופך לחור שחור? על פי מחקר משנת 2017, טרנספורמציה כזו מצריכה שתי גלקסיות עם אישים שונים מאוד: האחת מהן הישג יתר קוסמי המייצר המון כוכבי תינוקות והשני ערמת גז נמוכה ללא כוכבים.
כשנוצרים כוכבים חדשים בגלקסיה העמוסה, הם מפיצים זרם קבוע של קרינה חמה ששוטף מעל הגלקסיה השכנה, ומונע מהגז שם להתגבש לכוכבים משל עצמו. בתוך כמה מאות מיליוני שנים, ענן הגז חסר הכוכבים הזה יכול להביס כל כך הרבה חומר שהוא פשוט קורס תחת משקלו שלו, ויוצר חור שחור מבלי לייצר כוכב מעולם, מצא באסו.
בקרוב, חור שחור "זרע" זה יכול להמשיך להגיע למעמד על-מסיבי על ידי זבל במהירות של החומר מהערפיליות הסמוכות - יתכן שילד את הקוואזרים הגרגנטיים שאנו יכולים לראות כיום.
לפי באסו, מעשה זה של כוריאוגרפיה קוסמית יתכן שהיה אפשרי רק במשך חלון זמן קצר, בתוך 800 מיליון השנים הראשונות לחיי היקום, לפני שהחלל היה צפוף מדי בכוכבים ובחורים שחורים אחרים בכדי שהתהליך יתרחש. בתוך מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול, ייתכן שכבר הייתה כל כך הרבה קרינת רקע ביקום, עד שחור שחור-מסיבי יתקשה למצוא מספיק גז כדי לשאוב ולהמשיך בצמיחתו האקספוננציאלית.
"אנו לא מניחים ייצור חדש של חורים שחורים אחרי התקופה הזו של 150 מיליון שנה", אמר באסו. "זה מסביר מדוע קיימת ירידה חדה במספר החורים השחורים מעל מסה מסוימת וזורק ביקום."
בעוד ש- DCBHs נותרו תיאורטיים לעת עתה, ישנם אסטרונומים שחושבים כי טלסקופ החלל האבל אכן תפס חפץ שכזה נוצר, בשנת 2017. על פי מחברי המחקר מאותה השנה בנושא, כוכב ענק פשוט נעלם לפני המצלמה של האבל. עין, נעלמת ללא ההבזק המסופר של סופרנובה. ההסבר הטוב ביותר, כתבו החוקרים, הוא שהכוכב המסיבי פשוט התמוטט לחור שחור בלי שום פומפיות או זיקוקים.
במהלך הסקר הרב-שנתי שהגיע לשיאו באותו מחקר משנת 2017, שישה כוכבים סמוכים אחרים התפוצצו באש ובזעם, והציעו כי בערך 1 מכל 7 (14%) כוכבים גדולים עומדים בקצותיהם על ידי פשוט נעלמים לתוך החלל.
