Ongeveer 13 miljard jaar geleden, toen ons universum nog maar een slordige startup was, sloeg de kosmos een creatieve inslag in en produceerde superzware zwarte gaten links, rechts en in het midden.
Astronomen kunnen nog steeds een kijkje nemen in deze overblijfselen van het vroege universum als ze kijken naar quasars, ongelooflijk grote, buitengewoon heldere objecten waarvan wordt gedacht dat ze worden aangedreven door oude zwarte gaten die miljarden keren massiever zijn dan de zon van de aarde. Het bestaan van deze oude objecten vormt echter een probleem. Veel quasars lijken afkomstig te zijn uit de eerste 800 miljoen jaar van het heelal, lang voordat sterren groot of oud genoeg konden worden om onder hun eigen massa in te storten, te exploderen in een supernova en een zwart gat te vormen.
Waar komen deze oude gaten in het weefsel van de ruimtetijd vandaan? Volgens een populaire theorie is misschien alleen een heleboel gas nodig.
In een nieuwe studie, gepubliceerd op 28 juni in The Astrophysical Journal Letters, voerden onderzoekers een computermodel uit om aan te tonen dat bepaalde superzware zwarte gaten in het zeer vroege universum zich hadden kunnen vormen door simpelweg een gigantische hoeveelheid gas op te hopen in één zwaartekrachtgebonden wolk. De onderzoekers ontdekten dat binnen een paar honderd miljoen jaar een voldoende grote dergelijke wolk onder zijn eigen massa zou kunnen instorten en een klein zwart gat zou kunnen creëren - geen supernova vereist.
Deze theoretische objecten staan bekend als zwarte gaten met directe ineenstorting (DCBH's). Volgens black hole-expert Shantanu Basu, hoofdauteur van de nieuwe studie en astrofysicus aan de Western University in London, Ontario, is een van de bepalende kenmerken van DCBH's dat ze zich heel, heel snel moeten hebben gevormd binnen een zeer korte periode in de vroege universum.
"De zwarte gaten worden gevormd over een duur van slechts ongeveer 150 miljoen jaar en groeien snel gedurende deze tijd", vertelde Basu WordsSideKick.com in een e-mail. "Degenen die zich in het begin van het tijdvenster van 150 miljoen jaar vormen, kunnen hun massa met een factor 10.000 vergroten."
Hoe wordt een gaswolk een zwart gat? Volgens een studie uit 2017 vereist een dergelijke transformatie twee sterrenstelsels met zeer verschillende persoonlijkheden: de ene is een kosmische overwinnaar die veel babysterren vormt en de andere een ingehouden hoop sterloos gas.
Terwijl nieuwe sterren zich vormen in het drukke sterrenstelsel, blazen ze een constante stroom hete straling uit die over het naburige sterrenstelsel spoelt, waardoor wordt voorkomen dat het gas daar samensmelt tot zijn eigen sterren. Binnen een paar honderd miljoen jaar zou die gasloze gaswolk zoveel materie kunnen opnemen dat hij gewoon onder zijn eigen gewicht instort en een zwart gat vormt zonder ooit een ster te produceren, ontdekte Basu.
Al snel zou dit 'zaad'-zwarte gat de superzware status kunnen bereiken door de materie snel op te slokken uit nabijgelegen nevels - mogelijk de geboorte van de gigantische quasars die we vandaag kunnen zien.
Volgens Basu was deze handeling van kosmische choreografie mogelijk slechts gedurende een korte periode mogelijk, binnen de eerste 800 miljoen jaar van het leven van het universum, voordat de ruimte te druk werd met sterren en andere zwarte gaten om het proces te laten plaatsvinden. Binnen 1 miljard jaar na de oerknal was er mogelijk al zoveel achtergrondstraling in het universum dat een superzwaar zwart gat moeite zou hebben om genoeg gas te vinden om op te zuigen en zijn exponentiële groei voort te zetten.
"Na deze periode van 150 miljoen jaar gaan we uit van geen nieuwe productie van zwarte gaten", zei Basu. 'Dit verklaart waarom er een scherpe daling is in het aantal zwarte gaten boven een bepaalde massa en helderheid in het universum.'
Hoewel DCBH's voorlopig theoretisch blijven, denken sommige astronomen dat de Hubble-ruimtetelescoop in 2017 zo'n object heeft kunnen vormen. Volgens de auteurs van een studie uit dat jaar over het onderwerp verdween een gigantische ster eenvoudig voor de camera van de Hubble. oog, verdwijnt zonder de veelbetekenende flits van een supernova. De beste verklaring, schreven de onderzoekers, is dat de massieve ster simpelweg in een zwart gat stortte zonder enige pracht of vuurwerk.
Tijdens de meerjarige enquête die culmineerde in die studie van 2017, explodeerden zes andere nabijgelegen sterren in vuur en woede, wat suggereert dat ongeveer 1 op de 7 (14%) grote sterren hun doel bereikt door simpelweg in de leegte te verdwijnen.
