אסטרונומים מצאו כמה חורים שחורים סופר-מסיביים עתיקים במיוחד, כאלה שנוצרו כשהיקום היה צעיר למדי. אבל הם תמהו כיצד חור שחור יכול לצמוח לגודל כה אדיר כאשר היקום עצמו היה סתם פעוט.
אסטרונומים גילו כי מערכת תנאים ייחודית שהייתה קיימת כחצי מיליארד שנה לאחר המפץ הגדול שאפשרה להיווצר חורים שחורים מפלצתיים אלה. מקור חריג לקרינה עזה יצר את מה שמכונה "חורים שחורים בקריסה ישירה."
"זה נס קוסמי", אמר וולקר ברום מאוניברסיטת טקסס באוסטין, שעבד עם כמה אסטרונומים על הממצא. "זו התקופה היחידה בהיסטוריה של היקום כאשר התנאים בדיוק מתאימים להיווצר."
ההבנה המקובלת של צורת חורים שחורים נקראת תיאוריית ההקרבה, שם מתמוטט כוכב מסיבי במיוחד ו"זרעים "של חור שחור נבנים מההתמוטטות על ידי משיכת גז מסביבתם ועל ידי מיזוגים של חורים שחורים קטנים יותר. אבל התהליך הזה לוקח זמן רב, הרבה יותר זמן מהזמן שחורים שחורים מהיווצר במהירות היו בסביבה. בנוסף, ביקום המוקדם לא היו כמויות הגז והאבק הדרושים לחורים שחורים-ענקיים כדי לגדול לגודלם הענק.
הממצאים החדשים מראים כי במקום זאת, חלק מהנקבים השחורים הראשונים נוצרו ישירות כאשר ענן גז התמוטט, ועוקף כל שלבי ביניים אחרים, כמו היווצרותו של חורבן כוכב מסיבי והרס לאחר מכן.
כמובן, כמו כל חור שחור, לא ניתן לראות חורים שחורים אלה "להתמוטט ישיר". אך היו עדויות חזקות לקיומם, מכיוון שהם נדרשים לשלטון בקוואזרים הזוהרים ביותר שהתגלו ביקום הצעיר. הבהירות הגדולה של קוואסר נובעת מחומר המסתחרר לחור שחור-מסיבי, המחמם למיליוני מעלות, ויוצר מטוסים המנצנצים כמו משואות ברחבי היקום. אך מכיוון שתורת ההקרדה אינה מסבירה חורים שחורים על-מסיביים ביקום רחוק מאוד - ולכן צעיר -, אסטרונומים לא יכלו להסביר את הקוואזרים. זה נקרא "בעיית זרעי הקוואזאר."
אבי לוב מהמרכז לאסטרופיסיקה של הרווארד-סמיתסוניאן, שעבד עם ברום, "הקוואזרים שנצפו ביקום הקדום דומים לתינוקות ענקיים בחדר לידה מלא בתינוקות רגילים." "נותר תוהה: מה מיוחד בסביבה שטיפחה את התינוקות הענקיים האלה? בדרך כלל מאגר הגז הקר בגלקסיות הסמוכות כמו שביל החלב נצרך בעיקר על ידי היווצרות כוכבים. "
אבל בשנת 2003, ברום ולוב הגישו רעיון תיאורטי להביא לגלקסיה מוקדמת ליצירת חור שחור זרעי סופר-מסיבי, על ידי דיכוי קלט האנרגיה האסור אחרת מהיווצרות הכוכבים. הם כינו את התהליך "קריסה ישירה."
"התחל עם" ענן קדמוני של מימן והליום, הספוג בים של קרינה אולטרה סגולה, "אמר ברום. "אתה מכה את הענן הזה בשדה הכבידה של הילה של חומר אפל. בדרך כלל, הענן יוכל להתקרר ולהתפצל כדי ליצור כוכבים. עם זאת, הפוטונים האולטרה סגול שומרים על הגז חם, ובכך מדכאים כל היווצרות כוכבים. אלה התנאים המבוקשים, כמעט-פלאיים: התמוטטות ללא פיצול! ככל שהגז הופך להיות יותר ויותר קומפקטי, בסופו של דבר יש לך את התנאים לחור שחור מסיבי. "
נראה כי קבוצה זו של תנאים קוסמיים הייתה קיימת רק ביקום המוקדם מאוד, ותהליך זה אינו מתרחש בגלקסיות כיום.
כדי לבחון את התיאוריה שלהם, ברום, לוב ועמיתם אהרון סמית החלו ללמוד גלקסיה בשם CR7, שזוהתה על ידי סקר טלסקופ החלל האבל בשם COSMOS כסביבה פחות ממיליארד שנה לאחר המפץ הגדול.
דייוויד סוברל מאוניברסיטת ליסבון ערך תצפיות מעקב על CR7 עם כמה מהטלסקופים הגדולים בעולם, כולל קק ו- VLT. אלה חשפו כמה מאפיינים חריגים ביותר בחתימת האור שמקורה ב- CR7. באופן ספציפי, קו המימן Lyman-alpha היה בהיר פי כמה מהצפוי. ראוי לציון שהספקטרום הראה גם קו הליום בהיר במיוחד.
"כל מה שמניע את המקור הזה הוא חם מאוד - מספיק חם כדי ליינן הליום," אמר סמית ', בערך 100,000 מעלות צלזיוס.
מאפיינים חריגים אלה ואחרים בספקטרום גרמו לכך שיכול להיות צבר של כוכבים קדומים או חור שחור סופר-מסיבי שנוצר ככל הנראה על ידי התמוטטות ישירה.
סמית ניהל הדמיות לשני התרחישים ובעוד שתרחיש אשכול הכוכבים "נכשל בצורה מדהימה", אמר סמית ', הדגם של החור השחור המתמוטט הישיר ביצע היטב.
כמו כן, מוקדם יותר השנה, החוקרים השתמשו בנתונים משולבים של מצפה הרנטגן של צ'נדרה, טלסקופ החלל האבל וטלסקופ החלל שפיצר כדי לזהות את זרעי החור השחור האפשריים. הם מצאו שני אובייקטים, שניהם תואמים את הפרופיל התיאורטי בנתוני האינפרא אדום. (קרא את העיתון שלהם כאן.)
נראה כי אסטרונומים "מתלכדים על פי המודל הזה", אמר סמית ', לפתור את בעיית זרעי הקוואראר ואת קונונדרום החור השחור הקדום.
המשך לעקוב.
עבודותיהם של ברום, לוב וסמית 'מתפרסמות בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
מקורות:
RAS, CfA של הרווארד-סמיתסוניאן, הודעה לעיתונות לגילוי נאס"א של חורים שחורים בקריסה ישירה מוקדם יותר השנה.
