Bilden från DCBH-simuleringen visar densiteten (vänster) och temperaturen (höger) i en tidig galax. Supernovae chockvågor kan ses expandera från mitten, varför galaxen kollapser och värmer upp.
Svarta hål bildas i processen med stjärnans död, vilket gör att material kan rulla in i ett extremt tätt föremål, från vilket även ljuset inte kan fly. Forskare tror att massiva svarta hål kan skapas vid galaxens födelse, men ingen har kunnat se på det avlägsna förflutet för att observera villkoren för direktkollapsande svarta hål (DCBH).
James Webb rymdteleskop, planerad till lansering år 2021, kommer att få möjlighet att titta in i det tidiga universum för att se en galax med ett växande massivt svart hål. Nu har vi en simulering skapad av forskare från Georgia Institute of Technology. Det visar vad man ska leta efter i framtida DCBH-recensioner.
Den första simuleringen förutsätter att bildandet av sådana svarta hål kommer att åtföljas av speciella typer av intensiv strålning, inklusive röntgen och UV-strålar, som ändras mot IR-ljuset när man närmar sig teleskopet. Det var också förvånande att svarta hål kunde skapa jätte stjärnor fri från metaller. I mitten av många stora galaxer finns supermassiva svarta hål, där bildandet och tillväxten inte kunde observeras. Därför har ett antagande uppstått att de kunde ha uppträtt vid galaktisk födelse. Därefter skulle bildandet av DCBH initieras av kollapsen av ett stort gasmoln under galaxens tidiga skapande. Men det är viktigt att förstå vad exakt att leta efter i spektra med hjälp av det framtida teleskopet.
Skapandet av ett svart hål kan ta en miljon år. Stampede-superdatorn fick låta en simulering fokusera på effekterna av DCBH-bildning. Modellering baserades på de första fysiska principerna, såsom gravitation, strålning och hydrodynamik.
En simulerad bild med UV-strålning visar hur uppvärmd gas spiraler i ett centralt svart hål
Om en galax bildas först och sedan ett svart hål i mitten, ska en typ av signatur visas. Men vad händer om det svarta hålet kommer först? Forskare ville veta om man skulle kunna förvänta sig några andra fysiska skillnader. Simuleringen avledde information om densitet och temperatur för att förutsäga vad exakt teleskopet kommer att se.
Svarta hål spenderar omkring en miljon år att bilda. I DCBH-simuleringen innebär det första steget att gasen går ihop i en supermassiv stjärna (100.000 gånger mer massiv än solen). Stjärnan genomgår alltså gravitationsinstabilitet och kollapsar i sig och skapar ett massivt svart hål. Svart hål strålning utlöser stjärnformation över 500 000 år. Stjärnor av den första generationen verkar vara mer massiva, eftersom de lever mycket mindre. Under de första 5-6 miljoner åren exploderar de som supernova. Därefter lugnar det svarta hålet ner, vilket leder till en konfrontation mellan EM-strålarna och dess egen gravitation. Dessa cykler täcker ytterligare 20-30 miljoner år.
Svarta hål är vanliga i rymden, så forskare hoppas att ett tillräckligt antal bilder låter dig fånga en av dessa typer. Således kommer det att vara möjligt att förstå mer djupt i processen med galaktisk utveckling.
Forskare blev förvånade över bildandet av stjärnor runt DCBH, men i efterhand verkar det logiskt. Den skapade joniseringen leder till fotokemiska reaktioner som kan utlösa stjärnfödsel. Detta är en av de stora universella gåtorna, så forskarna hoppas att deras arbete kommer att leda till efterlängtade svar.
