Fler svarta hål än väntat i det tidiga universum

Med hjälp av Hubbleteleskopet har ett internationellt forskarlag, lett av astronomer vid Stockholms universitet, upptäckt fler svarta hål i det tidiga universum än vad som tidigare har rapporterats. Den nya upptäckten kan hjälpa oss att förstå hur supermassiva svarta hål skapades genom kollapsen av massiva stjärnor. Det visar en studie publicerad i tidskriften Astrophysical Journal Letters.

– Bildningsmekanismen för tidiga svarta hål är en viktig del av pusslet om hur galaxer utvecklas, säger Matthew Hayes som är forskare vid Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet och huvudförfattare till studien.

Hur de första svarta hålen bildades i det tidiga universum är fortfarande inte helt klarlagt. Det är känt att supermassiva svarta hål, som kan väga mer än en miljard solar, finns i centrum av flera galaxer mindre än en miljard år efter Big Bang.

– Många av dessa objekt verkar ha större massa än vi trodde att de kunde ha så tidigt. Antingen bildades de med mycket massa eller så växte de extremt snabbt, säger Alice Young, doktorand vid Stockholms universitet och medförfattare till studien.

Eftersom svarta hål spelar en viktig roll i galaxers livscykel, har detta varit en olöst pusselbit i vår förståelse för hur galaxer utvecklas. För att förstå sambandet mellan utvecklingen av galaxer och svarta hål använde det internationellt forskarlaget Hubbleteleskopet för att undersöka antalet svarta hål som finns bland en population av ljussvaga galaxer då universum var väldigt ungt. Tidigare har data från flera veckors observationer samlats in för denna region, och nu kunde forskarna få fram nya data och mäta variationer i galaxernas ljusstyrka. Dessa variationer är ett tydligt tecken på svarta hål, och tack vare dem kunde forskarna identifiera fler svarta hål än vad som tidigare hittats med andra metoder.

De nya resultaten tyder på att vissa svarta hål sannolikt bildades när massiva stjärnor som endast bestod av väte, helium och små mängder litium kollapsade under de första miljarder åren av kosmisk tid. Dessa typer av stjärnor kan bara existera väldigt tidigt i universum, eftersom stjärnor som bildats senare är förorenade av nya ämnen som har bildats av stjärnor som redan har levt och dött. Andra alternativ för bildandet av svarta hål inkluderar kollapsande gasmoln, sammanslagningar av stjärnor i massiva kluster, och ”primordiala” svarta hål som bildades (genom fysikaliskt spekulativa mekanismer) under universums första sekunder. Denna nya information om hur svarta hål bildas kan bidra till mer exakta modeller av hur galaxer bildas.

– Med hjälp av modellerna för hur svarta hål växer kan vi placera beräkningarna för hur galaxer utvecklas på en mer fysikaliskt motiverad grund, med ett exakt schema för hur svarta hål kom till genom kollapsande massiva stjärnor, säger Matthew Hayes.

Hitta den vetenskapliga artikeln: ”Glimmers in the Cosmic Dawn: A Census of the Youngest Supermassive Black Holes by Photometric Variability”, publicerad i Astrophysical Journal Letters, tillgänglig på arXiv.

DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8…

Kontakt:

Matthew Hayes, universitetslektor i Astronomi vid Institutionen för astronomi, Stockholms universitet
E-post: matthew.hayes@astro.su.se Tel: 08-553 785 21

Läs mer om Matthew Hayes forskning: https://www.su.se/english/prof…