UCLA -fysiker har föreslagit nya teorier om hur universums första svarta hål kan ha bildats och vilken roll de kan spela i produktionen av tunga element som guld, platina och uran.

Två artiklar om deras arbete publicerades i tidningen Fysiska granskningsbrev .

En långvarig fråga inom astrofysik är om universums allra första svarta hål uppstod mindre än en sekund efter Big Bang eller om de bara bildades miljontals år senare under de tidigaste stjärnornas död.

Alexander Kusenko, en UCLA -professor i fysik, och Eric Cotner, en UCLA -doktorand, utvecklat en övertygande enkel ny teori som tyder på att svarta hål kunde ha bildats mycket kort efter Big Bang, långt innan stjärnor började lysa. Astronomer har tidigare föreslagit att dessa så kallade ursprungliga svarta hål skulle kunna stå för hela eller några av universums mystiska mörka materia och att de kan ha utsatt sig för bildandet av supermassiva svarta hål som finns i galaxernas centrum. Den nya teorin föreslår att ursprungliga svarta hål kan hjälpa till att skapa många av de tyngre elementen som finns i naturen.

Forskarna började med att anse att ett enhetligt energifält genomsyrade universum strax efter Big Bang. Forskare förväntar sig att sådana fält fanns i det avlägsna förflutna. Efter att universum snabbt expanderade, detta energifält skulle ha separerats i klumpar. Tyngdkraften skulle få dessa klumpar att locka varandra och gå samman. UCLA -forskarna föreslog att en liten del av dessa växande klumpar skulle bli tillräckligt täta för att bli svarta hål.

Deras hypotes är ganska generisk, Kusenko sa, och den förlitar sig inte på vad han kallade de "osannolika tillfälligheterna" som ligger till grund för andra teorier som förklarar urökta svarta hål.

Tidningen föreslår att det är möjligt att söka efter dessa ursprungliga svarta hål med hjälp av astronomiska observationer. En metod går ut på att mäta de mycket små förändringarna i en stjärnas ljusstyrka som härrör från gravitationseffekterna av ett urhål som passerar mellan jorden och den stjärnan. Tidigare i år, Amerikanska och japanska astronomer publicerade ett papper om deras upptäckt av en stjärna i en närliggande galax som ljusnade och dämpades precis som om ett urhål passerade framför det.

I en separat studie, Kusenko, Volodymyr Takhistov, en UCLA postdoktoral forskare, och George Fuller, professor vid UC San Diego, föreslog att ursprungliga svarta hål skulle kunna spela en viktig roll vid bildandet av tunga element som guld, silver, platina och uran, som kan pågå i vår galax och andra.

Ursprunget till de tunga elementen har länge varit ett mysterium för forskare.

"Forskare vet att dessa tunga element finns, men de är inte säkra på var dessa element bildas, "Sa Kusenko." Det här har varit riktigt pinsamt. "

UCLA-forskningen tyder på att ett ursprungligt svart hål ibland kolliderar med en neutronstjärna-den stadsstora, snurrande rest av en stjärna som finns kvar efter några supernovaexplosioner - och sjunker in i dess djup.

När det händer, Kusenko sa, det ursprungliga svarta hålet förbrukar neutronstjärnan inifrån, en process som tar cirka 10, 000 år. När neutronstjärnan krymper, det snurrar ännu snabbare, så småningom orsakar små fragment att lossna och flyga iväg. Dessa fragment av neutronrikt material kan vara de platser där neutroner smälter samman till tyngre och tyngre element, Sa Kusenko.

Dock, sannolikheten för att en neutronstjärna fångar ett svart hål är ganska låg, sa Kusenko, vilket överensstämmer med observationer av endast några galaxer som berikas med tunga element. Teorin om att ursprungliga svarta hål kolliderar med neutronstjärnor för att skapa tunga element förklarar också den observerade bristen på neutronstjärnor i Vintergatans mitt, ett långvarigt mysterium inom astrofysik.

Den här vintern, Kusenko och hans kollegor kommer att samarbeta med forskare vid Princeton University om datasimuleringar av de tunga elementen som produceras av en neutronstjärna-svart hål-interaktion. Genom att jämföra resultaten från dessa simuleringar med observationer av tunga element i närliggande galaxer, forskarna hoppas kunna avgöra om ursprungliga svarta hål verkligen är ansvariga för jordens guld, platina och uran.