Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen astrofysiikan apulaisprofessori Peter Johansson on kehittänyt yhteistyössä irlantilaisten ja amerikkalaisten tutkijoiden kanssa simulaatiomallin, jonka avulla voidaan kuvata supermassiivisten mustien aukkojen muodostumista varhaisessa maailmankaikkeudessa entistä tarkemmin.
Aiempien havaintojen mukaan supermassiivisia mustia aukkoja oli olemassa jo silloin, kun maailmankaikkeuden ikä oli vain alle 800 miljoonaa vuotta.
Johanssonin mukaan galaksien keskustoista löytyvien supermassiivisten mustien aukkojen massat voivat olla miljoonia tai jopa useita miljardeja kertoja aurinkoa suurempia, kun tyypillisesti massiivisten tähtien jälkeen jättämien mustien aukkojen massat ovat 5–20 kertaa auringon massaa suurempia.
– Nämä havainnot ovat jossain määrin yllättäviä, koska mustien aukkojen massojen kasvattaminen kymmenistä auringon massoista miljardeihin auringon massoihin lyhyessä ajassa on hankalaa, Johansson kertoo Helsingin yliopiston tiedotteessa.
Mustan aukon massan kasvattaminen onnistuu parhaiten kaasua syömällä, mutta syöksyessään kohti mustaa aukkoa kaasu kuumenee hyvin voimakkaasti johtuen kitkavoimista ja suuresta painovoimakentästä. Kuuma kaasu säteilee voimakkaasti ja osa säteilystä kytkeytyy takana tulevaan kaasuun aiheuttaen säteilypainetta, joka estää kaasun putoamisen mustaan aukkoon.
– Mustia aukkoja ei ikään kuin voi pakkosyöttää, koska liian suuri putoava kaasun määrä aiheuttaa voimakkaan säteilyryöpyn, joka puskee kaasua takaisin, Johansson selittää.
Viimeisten vuosien aikana on kehitetty myös vaihtoehtoinen malli selittämään supermassiivisten mustien aukkojen syntymistä varhaisessa maailmankaikkeudessa.
Tässä niin sanotussa suorassa romahdusmallissa isot kaasupilvet, joiden massat vastaavat 10 000 – 100 000 auringon massaa, romahtavat suoraan verrattain massiivisiksi mustiksi aukoiksi.
Tällainen suora romahtaminen edellyttää, että kaasun jäähtyminen varhaisessa maailmakaikkeudessa on ollut tehotonta, koska muuten kaasupilvi fragmentoituisi ja seurauksena syntyisi tähtiä.
Varhaisessa maailmankaikkeudessa ainut tapa jäähdyttää kaasua matalilla lämpötiloilla on molekulaarinen vety. Nyt tutkimuksessa osoitetaan ensimmäistä kertaa, että jos kaksi galaksia syntyy lähes samanaikaisesti, ensimmäisen galaksin tähtien säteily voi tuhota molekulaarisen vedyn toiseksi syntyvästä galaksista.
Näin toiseen muodostuvaan galaksiin voi syntyä suuri musta aukko kaasupilven suorassa romahduksessa, josta kasvaa varsin nopeasti miljardin auringon massainen musta aukko. Yliopiston tiedotteen mukaan tämän osoittavat havainnot.
Aiheesta kirjoitettu artikkeli Rapid formation of massive black holes in close proximity to embryonic protogalaxies julkaistiin maanantaina Nature Astronomy -lehdessä. Artikkelin pääkirjoittaja, tutkija John Regan Dublin City Universitystä toimi aikaisemmin tutkijatohtorina Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella.