Das DCBH-Simulationsbild zeigt die Dichte (links) und Temperatur (rechts) einer frühen Galaxie. Supernovae-Schockwellen breiten sich vom Zentrum aus, weshalb die Galaxie zusammenbricht und sich erwärmt.
Beim Tod eines Sterns bilden sich schwarze Löcher, durch die Materie in ein extrem dichtes Objekt gerollt wird, aus dem selbst das Licht nicht entweichen kann. Wissenschaftler glauben, dass bei der Geburt einer Galaxie massive Schwarze Löcher entstehen können, aber niemand konnte in die ferne Vergangenheit blicken, um die Bedingungen für das direkte Einstürzen von Schwarzen Löchern (DCBH) zu beobachten.
Das Weltraumteleskop James Webb, dessen Start für 2021 geplant ist, bietet die Möglichkeit, einen Blick in das frühe Universum zu werfen und eine Galaxie mit einem entstehenden massiven Schwarzen Loch zu betrachten. Jetzt haben wir eine Simulation, die von Forschern des Georgia Institute of Technology erstellt wurde. Es zeigt, wonach in zukünftigen DCBH-Bewertungen zu suchen ist.
Bei der ersten Simulation wird davon ausgegangen, dass die Bildung derartiger Schwarzer Löcher von speziellen Arten intensiver Strahlung begleitet wird, einschließlich Röntgen- und UV-Strahlen, die sich beim Annähern an das Teleskop in Richtung des IR-Lichts verschieben. Es war auch überraschend, dass Schwarze Löcher riesige Sterne frei von Metallen erzeugen konnten. Im Zentrum vieler großer Galaxien befinden sich supermassereiche Schwarze Löcher, deren Entstehungs- und Wachstumsprozess nicht beobachtet werden konnte. Daher ist die Vermutung entstanden, dass sie bei der galaktischen Geburt aufgetreten sein könnten. Dann würde die Bildung von DCBH durch den Zusammenbruch einer großen Gaswolke während der frühen Entstehung der Galaxie eingeleitet. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, wonach in den Spektren mit Hilfe des zukünftigen Teleskops genau gesucht werden muss.
Die Entstehung eines Schwarzen Lochs kann eine Million Jahre dauern. Mit dem Stampede-Supercomputer konnte eine Simulation durchgeführt werden, die sich auf die Auswirkungen der DCBH-Bildung konzentrierte. Die Modellierung basierte auf den ersten physikalischen Prinzipien wie Gravitation, Strahlung und Hydrodynamik.
Ein simuliertes Bild mit UV-Strahlung zeigt, wie erhitzte Gasspiralen in ein zentrales Schwarzes Loch wandern.
Wenn zuerst eine Galaxie und dann ein Schwarzes Loch in der Mitte gebildet wird, sollte eine Art von Signatur erscheinen. Aber was ist, wenn das Schwarze Loch zuerst kommt? Die Wissenschaftler wollten wissen, ob andere physikalische Unterschiede zu erwarten sind. Die Simulation leitete Informationen über Dichte und Temperatur ab, um vorherzusagen, was genau das Teleskop sehen wird.
Schwarze Löcher verbringen ungefähr eine Million Jahre damit, sich zu formen. In der DCBH-Simulation umfasst der erste Schritt den Zusammenbruch von Gas zu einem supermassiven Stern (100.000-mal so massereich wie die Sonne). Der Stern erfährt dann eine Gravitationsinstabilität und kollabiert in sich selbst, wodurch ein massives Schwarzes Loch entsteht. Die Strahlung des Schwarzen Lochs löst über einen Zeitraum von 500.000 Jahren die Sternentstehung aus. Sterne der ersten Generation scheinen massereicher zu sein, da sie viel weniger leben. In den ersten 5 bis 6 Millionen Jahren explodieren sie als Supernovae. Danach beruhigt sich das Schwarze Loch, was zu einer Konfrontation zwischen den EM-Strahlen und der eigenen Schwerkraft führt. Diese Zyklen umfassen weitere 20 bis 30 Millionen Jahre.
Schwarze Löcher sind im Weltraum weit verbreitet, daher hoffen Wissenschaftler, dass Sie mit einer ausreichenden Anzahl von Bildern einen dieser Typen einfangen können. Auf diese Weise wird es möglich sein, den Prozess der galaktischen Evolution tiefer zu verstehen.
Die Forscher waren von der Bildung von Sternen um DCBH überrascht, aber im Nachhinein scheint dies logisch. Die erzeugte Ionisation führt zu photochemischen Reaktionen, die eine Sternentstehung auslösen können. Dies ist eines der großen universellen Rätsel, daher hoffen die Forscher, dass ihre Arbeit zu lang erwarteten Antworten führt.
