Kredit:University of Portsmouth
Mysteriet med hur de första kvasarerna i universum bildades – något som har förbryllat forskare i nästan 20 år – har nu lösts av ett team av astrofysiker vars fynd har publicerats i Nature .
Förekomsten av mer än 200 kvasarer som drivs av supermassiva svarta hål mindre än en miljard år efter Big Bang hade förblivit ett av de framstående problemen inom astrofysik eftersom man aldrig helt förstod hur de bildades så tidigt.
Teamet av experter ledda av Dr Daniel Whalen från University of Portsmouth har funnit att de första kvasarerna naturligt bildades under de våldsamma, turbulenta förhållandena i sällsynta gasreservoarer i det tidiga universum.
Dr. Whalen, från universitetets institut för kosmologi och gravitation, sa:"Denna upptäckt är särskilt spännande eftersom den har störtat 20 års tankar om ursprunget till de första supermassiva svarta hålen i universum.
"Vi hittar supermassiva svarta hål i mitten av de flesta massiva galaxer idag, som kan vara miljoner eller miljarder gånger solens massa. Men redan 2003 började vi hitta kvasarer - starkt lysande, aktivt ackreterande supermassiva svarta hål som är som kosmiska fyrar i det tidiga universum – som fanns mindre än en miljard år efter Big Bang. Och ingen förstod hur de bildades vid så tidiga tider."
För några år sedan visade superdatorsimuleringar att tidiga kvasarer kunde bildas vid korsningarna mellan sällsynta, kalla, kraftfulla gasströmmar. Endast ett dussin av dessa fanns i en rymdvolym en miljard ljusår tvärs över, men det svarta hålet måste vara 100 000 solmassor vid födseln. Svarta hål bildas idag när massiva stjärnor får slut på bränsle och kollapsar, men de är vanligtvis bara 10–100 solmassor.
Astrofysiker hade länge teoretiserat att 10 000–100 000 solmassstjärnor bildades i det tidiga universum men bara i exotiska, finjusterade miljöer som starka ultravioletta bakgrunder eller överljudsflöden mellan gas och mörk materia som inte hade någon likhet med de turbulenta molnen där de första kvasarer bildades.
Dr Whalen sa:"Vi tänker på dessa stjärnor som lite som dinosaurier på jorden, de var enorma och primitiva. Och de hade korta liv och levde i bara en kvarts miljon år innan de kollapsade till svarta hål.
"Våra superdatormodeller gick tillbaka till mycket tidiga tider och fann att de kalla, täta gasströmmarna som kan växa ett miljarder svarta hål från solmassa på bara några hundra miljoner år skapade sina egna supermassiva stjärnor utan något behov av ovanliga miljöer. kalla strömmar drev turbulens i molnet som hindrade normala stjärnor från att bildas tills molnet blev så massivt att det kollapsade katastrofalt under sin egen tyngd och bildade två gigantiska urstjärnor – en som var 30 000 solmassor och en annan som var 40 000.
"Därför skapade de enda urmolnen som kunde bilda en kvasar strax efter kosmisk gryning -när de första stjärnorna i universum bildades - också bekvämt sina egna massiva frön. Detta enkla, vackra resultat förklarar inte bara ursprunget till de första kvasarerna utan också deras demografi - deras antal vid tidiga tidpunkter.
"De första supermassiva svarta hålen var helt enkelt en naturlig följd av strukturbildning i kall mörk materia-kosmologi - barn av den kosmiska webben."
Tidningen "The Turbulent Origins of the First Quasars" publiceras i Nature . + Utforska vidare
