Supermassive Schwarze Löcher (SMBH) sind schwer zu erklären. Es wird angenommen, dass diese gigantischen Singularitäten im Zentrum jeder großen Galaxie stehen (unsere Milchstraße hat eine), aber ihre Anwesenheit dort lässt sich manchmal nicht leicht erklären. Soweit wir wissen, bilden sich schwarze Löcher, wenn riesige Sterne zusammenbrechen. Diese Erklärung passt jedoch nicht zu allen Beweisen.
Die Sternkollaps-Theorie erklärt die meisten Schwarzen Löcher gut. In dieser Theorie geht einem Stern, der mindestens fünfmal so massereich ist wie unsere Sonne, gegen Ende seines Lebens der Treibstoff aus. Da der nach außen gerichtete Druck der Kernfusion eines Sterns ihn gegen die innere Schwerkraft seiner eigenen Masse stützt, muss etwas nachgeben, wenn der Brennstoff ausgeht.
Der Stern erfährt eine Hypernova-Explosion und fällt dann in sich zusammen. Was bleibt, ist ein Schwarzes Loch. Astrophysiker glauben, dass SMBHs auf diese Weise beginnen und zu ihrer enormen Größe heranwachsen, indem sie sich im Wesentlichen von anderen Dingen „ernähren“. Sie schwellen an und sitzen im Schwerpunkt wie eine Spinne, die in der Mitte ihres Netzes mästet.
Das Problem mit dieser Erklärung ist, dass es lange dauert, bis es passiert.
Da draußen im Universum haben Wissenschaftler SMBHs beobachtet, die uralt sind. Im März dieses Jahres kündigte eine Gruppe von Astronomen die Entdeckung von 83 SMBH an, die so alt sind, dass sie unserem Verständnis widersprachen. 2017 entdeckten Astronomen ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse von 800 Millionen, das erst 690 Millionen Jahre nach dem Urknall vollständig gebildet wurde. Sie entstanden in den früheren Tagen des Universums, bevor Zeit war, sich zu ihren supermassiven Formen zu entwickeln.
Viele dieser SMBHs sind milliardenfach massereicher als die Sonne. Sie befinden sich in so hohen Rotverschiebungen, dass sie in den ersten 800 Millionen Jahren nach dem Urknall entstanden sein müssen. Aber das ist nicht genug Zeit für das Sternkollapsmodell, um sie zu erklären. Die Frage für Astrophysiker ist, wie diese schwarzen Löcher in so kurzer Zeit so groß geworden sind.
Zwei Forscher an der Western University in Ontario, Kanada, glauben, sie hätten es herausgefunden. Sie haben eine neue Theorie namens "direkter Zusammenbruch", die diese unglaublich alten SMBHs erklärt.
Ihr Artikel trägt den Titel „Die Massenfunktion supermassiver schwarzer Löcher im Szenario des direkten Zusammenbruchs“ und ist in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. Die Autoren sind Shantanu Basu und Arpan Das. Basu ist ein anerkannter Experte in den frühen Stadien der Sternentstehung und der Entwicklung protoplanetarer Scheiben. Er ist außerdem Astronomieprofessor an der Western University. Das ist auch vom Western Department of Physics and Astronomy.
Ihre direkte Kollaps-Theorie besagt, dass sich die alten supermassiven Schwarzen Löcher in sehr kurzen Zeiträumen extrem schnell gebildet haben. Dann hörten sie plötzlich auf zu wachsen. Sie entwickelten ein neues mathematisches Modell, um diese sich schnell bildenden, alten Schwarzen Löcher zu erklären. Sie sagen, dass die Eddington-Grenze, die ein Gleichgewicht zwischen der äußeren Strahlungskraft eines Sterns und der inneren Gravitationskraft darstellt, eine Rolle spielt.
In diesen direkt kollabierenden Schwarzen Löchern reguliert die Eddington-Grenze das Massenwachstum, und die Forscher sagen, dass diese alten Schwarzen Löcher diese Grenze sogar um einen kleinen Betrag überschreiten können, was sie als Super-Eddington-Akkretion bezeichnen. Aufgrund der Strahlung anderer Sterne und Schwarzer Löcher wurde ihre Produktion eingestellt.
„Supermassive Schwarze Löcher hatten nur eine kurze Zeitspanne, in der sie schnell wachsen konnten, und irgendwann kam ihre Produktion aufgrund der gesamten Strahlung im Universum, die von anderen Schwarzen Löchern und Sternen erzeugt wurde, zum Stillstand“, erklärt Basu in eine Pressemitteilung. "Das ist das Szenario des direkten Zusammenbruchs."
"Dies ist ein indirekter Beobachtungsnachweis dafür, dass Schwarze Löcher aus direkten Zusammenbrüchen und nicht aus Sternresten stammen", sagte Basu.
Diese neue Theorie liefert eine effektive Erklärung für das, was in der Astronomie seit einiger Zeit ein heikles Thema ist. Basu glaubt, dass diese neuen Ergebnisse mit zukünftigen Beobachtungen verwendet werden können, um auf die Entstehungsgeschichte der extrem massiven Schwarzen Löcher zu schließen, die zu sehr frühen Zeiten in unserem Universum existieren.
Quellen:
- Pressemitteilung: Forscher beleuchten die Ursprünge von Schwarzen Löchern
- Forschungsarbeit: Die Massenfunktion supermassiver schwarzer Löcher im Szenario des direkten Zusammenbruchs
- Space Magazine: Zu groß, zu früh. Monster Black Hole kurz nach dem Urknall gesehen
- Princeton University: Astronomen entdecken 83 supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Limit)
