Astronomen haben im frühen Universum drei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, die in nur hunderttausend Jahren milliardenfach schwerer als die Sonne geworden sind, was aus Sicht moderner astronomischer Theorien laut einem im Astrophysical Journal veröffentlichten Artikel unmöglich ist.
„Kein aktuelles theoretisches Modell kann die Existenz dieser Objekte erklären. Ihre Entdeckung im frühen Universum wirft Zweifel an aktuellen Theorien zur Bildung von Schwarzen Löchern auf, und jetzt müssen wir neue Modelle erstellen, um zu erklären, wie Galaxien und Schwarze Löcher entstehen “, sagt Joseph Hennawi von der University of California in Santa Barbara (USA).).
Es wird angenommen, dass in den Zentren der massereichsten Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher beheimatet sind, deren Masse zwischen einer Million und dem Milliardenfachen der Masse der Sonne liegen kann. Die Gründe für die Bildung dieser Objekte sind noch nicht ganz klar. Wissenschaftler glaubten zunächst, dass solche Objekte auf die gleiche Weise entstanden wie ihre normalen "Cousins" - als Folge des Gravitationskollapses von Sternen und der anschließenden Verschmelzung mehrerer großer Schwarzer Löcher.
Beobachtungen der ersten Galaxien im Universum ließen Astrophysiker daran zweifeln - es stellte sich heraus, dass sie von Schwarzen Löchern mit einer Masse von mehreren zehn Milliarden Sonnen bewohnt waren. Solche Objekte hätten, wie Berechnungen zeigen, einfach keine Zeit, auf eine solche Größe zu wachsen, wenn sie klein geboren würden. Einige Wissenschaftler begannen daher zu glauben, dass supermassereiche Schwarze Löcher in exotischeren Szenarien entstehen - als Folge des Zusammenbruchs riesiger Wolken aus "reinem" atomarem Wasserstoff oder aufgrund von Klumpen dunkler Materie.
Hennawi und seine Kollegen fanden weitere Beweise dafür, dass die Schwarzen Löcher im frühen Universum zu schnell wuchsen und alle Vorstellungen über ihre Entwicklung störten. Forscher haben sechs supermassereiche Schwarze Löcher gleichzeitig entdeckt, die wir in dem Zustand sehen, in dem sie sich nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall befanden.
Die ersten Galaxien des Universums hatten zu dieser Zeit gerade erst begonnen, sich zu bilden, und wie Wissenschaftler zuvor glaubten, konnten Schwarze Löcher in ihren Zentren keine "Schwergewichte" sein, deren Masse modernen Quasaren nicht unterlegen ist. Die drei schwarzen Löcher, die das Henawi-Team mit dem Keck II-Teleskop in Hawaii gefunden hat, widersprechen dieser Idee - sie sind etwa eine Milliarde Mal schwerer als die Sonne, die tausendmal so groß ist wie die Masse des Sgr A * -Schwarzlochs im Zentrum der Milchstraße.
In Übereinstimmung mit modernen Vorstellungen über die Entwicklung von Galaxien kann ein Schwarzes Loch eine solche Masse gewinnen, indem es Materie absorbiert, die ungefähr der des Universums entspricht, was für Quasare, die in den ersten Milliarden Jahren seines Lebens geboren wurden, unmöglich war. Selbst wenn sie kontinuierlich und ständig Gas und Staub „aßen“, würde sich ihr Wachstum um Hunderte Millionen Jahre verzögern, was möglich, aber unwahrscheinlich ist.
Die Autoren des Artikels beschlossen, die Antwort auf diese Frage anhand eines einfachen Musters aus dem Leben solcher Objekte zu finden. Wenn schwarze Löcher "speisen", stoßen sie Jets in den umgebenden Raum aus, schmale Strahlen superharter Materie, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Diese Jets erwärmen den intergalaktischen Raum und ionisieren ihn, wodurch er für Licht "transparenter" wird. Je transparenter die Umgebung der Galaxie ist, desto länger dauert das „Mittagessen“des Schwarzen Lochs in seiner Mitte.
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Sehr zur Überraschung der Astronomen waren die Nachbarschaften aller drei Galaxien - CFHQS J2229 + 1457, SDSS J1335 + 3533 und SDSS J0100 + 2802 - unerwartet undurchsichtig, was darauf hinweist, dass Schwarze Löcher in ihren Zentren Materie seit nicht mehr als 100.000 Jahren aktiv absorbierten. Solch ein hoher "Appetit" auf Schwarze Löcher passt nicht in einen theoretischen Rahmen, und ihre Entdeckung spricht, wie Wissenschaftler betonen, für alternative Theorien zur Bildung und zum Wachstum von Quasaren.
„Wir möchten andere ähnliche Objekte finden. Ihre Entdeckung war ein großer Erfolg für uns, und die Entdeckung anderer Schwarzer Löcher im frühen Universum wird darauf hinweisen, dass viele Quasare möglicherweise viel jünger sind als bisher angenommen “, schließt Christina Eilers, eine Universitätskollegin in Hennawi.
