Astrofysiker vid Western University har hittat bevis för direkt bildning av svarta hål som inte behöver komma ut från en stjärnrest. Produktionen av svarta hål i det tidiga universum, bildas på detta sätt, kan ge forskare en förklaring till förekomsten av extremt massiva svarta hål på ett mycket tidigt stadium i vårt universums historia.

Shantanu Basu och Arpan Das från Western's Department of Physics &Astronomy har utvecklat en förklaring till den observerade fördelningen av supermassiva svarta håls massor och ljusstyrkor, som det tidigare inte fanns någon vetenskaplig förklaring till. Resultaten publicerades idag av Astrofysiska tidskriftsbrev .

Modellen bygger på ett mycket enkelt antagande:supermassiva svarta hål bildas mycket, mycket snabbt över mycket, mycket korta tidsperioder och sedan plötsligt, de slutar. Denna förklaring står i kontrast till den nuvarande förståelsen av hur svarta hål i stjärnorna bildas, vilket är att de dyker upp när centrum av en mycket massiv stjärna kollapsar in över sig själv.

"Detta är indirekta observationsbevis för att svarta hål kommer från direkt kollaps och inte från stjärnrester, " säger Basu, en astronomiprofessor vid Western som är internationellt erkänd som expert på de tidiga stadierna av stjärnbildning och protoplanetarisk skivevolution.

Basu och Das utvecklade den nya matematiska modellen genom att beräkna massfunktionen för supermassiva svarta hål som bildas under en begränsad tidsperiod och genomgår en snabb exponentiell tillväxt av massa. Masstillväxten kan regleras av Eddington-gränsen som sätts av en balans mellan strålning och gravitationskrafter eller kan till och med överskrida den med en blygsam faktor.

"Supermassiva svarta hål hade bara en kort tidsperiod där de kunde växa snabbt och sedan någon gång, på grund av all strålning i universum skapad av andra svarta hål och stjärnor, deras produktion stannade, " förklarar Basu. "Det är scenariot för direkt kollaps."

Under det senaste decenniet, många supermassiva svarta hål som är en miljard gånger mer massiva än solen har upptäckts vid höga rödförskjutningar, Det betyder att de fanns på plats i vårt universum inom 800 miljoner år efter Big Bang. Närvaron av dessa unga och mycket massiva svarta hål ifrågasätter vår förståelse av svarta håls bildning och tillväxt. Scenariot med direkt kollaps tillåter initialmassor som är mycket större än vad som antyds av standardscenariot för stjärnresterna, och kan gå långt för att förklara observationerna. Detta nya resultat ger bevis för att sådana direkt kollapsade svarta hål verkligen producerades i det tidiga universum.

Basu tror att dessa nya resultat kan användas med framtida observationer för att sluta sig till bildningshistorien för de extremt massiva svarta hål som finns vid mycket tidiga tidpunkter i vårt universum.