Er is een groeiend beeld dat zwarte gaten in het vroege universum mogelijk de zaden waren waarrond de meeste grote sterrenstelsels van vandaag (nu met superzware zwarte gaten erin) voor het eerst groeiden. En als we een stap verder teruggaan, is het misschien ook zo dat zwarte gaten de sleutel waren tot het reioniseren van het vroege interstellaire medium - dat vervolgens de grootschalige structuur van het huidige universum beïnvloedde.
Om die vroege jaren samen te vatten ... Eerst was de oerknal - en ongeveer drie minuten was alles erg compact en dus erg heet - maar na drie minuten vormden de eerste protonen en elektronen en gedurende de volgende 17 minuten werkte een deel van die protonen samen om te vormen heliumkernen - tot 20 minuten na de oerknal werd het uitdijende universum te koel om de nucleosynthese te behouden. Van daaruit stuiterden de protonen en de heliumkernen en de elektronen de komende 380.000 jaar gewoon rond als een zeer heet plasma.
Er waren ook fotonen, maar er was weinig kans voor deze fotonen om iets anders te doen dan gevormd te worden en dan onmiddellijk opnieuw geabsorbeerd te worden door een aangrenzend deeltje in dat broeiend hete plasma. Maar op 380.000 jaar koelde het uitdijende universum voldoende af om de protonen en de heliumkernen te combineren met elektronen om de eerste atomen te vormen - en opeens hadden de fotonen een lege ruimte om weg te schieten als de eerste lichtstralen - die we vandaag hebben kan nog steeds detecteren als de kosmische achtergrond van de magnetron.
Wat volgde waren de zogenaamde donkere tijdperken tot ongeveer een half miljard jaar na de oerknal de eerste sterren begonnen te vormen. Het is waarschijnlijk dat deze sterren groot waren, zoals echt groot, omdat de koele, stabiele waterstof- (en helium) -atomen die beschikbaar zijn gemakkelijk geaggregeerd en geaccumuleerd worden. Sommige van deze vroege sterren waren misschien zo groot dat ze zichzelf snel in stukken bliezen als supernovae met instabiliteit van het paar. Anderen waren gewoon erg groot en stortten in zwarte gaten in - velen van hen hadden te veel zelfzwaartekracht om een supernova-explosie materiaal uit de ster te laten blazen.
En het is hier ongeveer dat het verhaal over reionisatie begint. De koele, stabiele waterstofatomen van het vroege interstellaire medium bleven niet lang koel en stabiel. In een kleiner universum vol dicht opeengepakte massieve sterren werden deze atomen snel opgewarmd, waardoor hun elektronen dissociëren en hun atoomkernen weer vrije ionen werden. Hierdoor ontstond een plasma met lage dichtheid - nog steeds erg heet, maar te diffuus om ondoorzichtig te zijn om nog meer te verlichten.
Het is waarschijnlijk dat deze reïonisatiestap vervolgens de omvang beperkte waar nieuwe sterren zouden kunnen groeien - en ook de mogelijkheden voor nieuwe sterrenstelsels zou beperken - aangezien hete, opgewonden ionen minder snel aggregeren en zich ophopen dan koele, stabiele atomen. Reionisatie heeft mogelijk bijgedragen aan de huidige ‘klonterige’ verdeling van materie - die is georganiseerd in over het algemeen grote, afzonderlijke sterrenstelsels in plaats van overal een gelijkmatige verspreiding van sterren.
En er is gesuggereerd dat vroege zwarte gaten - eigenlijk zwarte gaten in binaire röntgenstralen met een hoge massa - mogelijk een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan de reïonisatie van het vroege universum. Computermodellering suggereert dat het vroege universum, met een neiging tot zeer massieve sterren, veel vaker zwarte gaten heeft als stellaire resten dan als neutronensterren of witte dwergen. Ook zouden die zwarte gaten vaker in binaire bestanden zijn dan in isolatie (aangezien massieve sterren vaker meerdere systemen vormen dan kleine sterren).
Dus met een enorm binair getal waarbij één component een zwart gat is, zal het zwarte gat snel een grote accretieschijf verzamelen die is samengesteld uit materie die uit de andere ster is getrokken. Dan zal die accretieschijf fotonen met hoge energie gaan uitstralen, vooral bij röntgenenergieniveaus.
Hoewel het aantal ioniserende fotonen dat door een opnemend zwart gat wordt uitgezonden waarschijnlijk vergelijkbaar is met dat van zijn heldere, lichtgevende voorloperster, zou het naar verwachting een veel groter aandeel aan hoogenergetische röntgenfotonen uitzenden - waarbij elk van die fotonen mogelijk verhit raakt en het ioniseren van meerdere atomen op zijn pad, terwijl de fotonen van een lichtende ster misschien maar één of twee atomen reioniseren.
Daar ga je dan. Zwarte gaten ... is er iets wat ze niet kunnen doen?
Verder lezen: Mirabel et al Stellar zwarte gaten aan het begin van het universum.
