Ein neues Schwarzes Loch verschlingt möglicherweise nicht unersättlich Gas in der Nähe - weil es möglicherweise den größten Teil des Gases in seiner Nachbarschaft ausstößt, wie eine neue Studie zeigt.
Marcelo Alvarez von der Stanford University und seine Kollegen führten eine neue Supercomputersimulation durch, um das Schicksal der ersten Schwarzen Löcher des Universums zu verfolgen. Sie stellten fest, dass sich junge Schwarze Löcher entgegen den Erwartungen nicht effizient mit nahegelegenem Gas versorgen konnten.
"Die ersten Sterne waren viel massereicher als die meisten Sterne, die wir heute sehen, mehr als das 100-fache unserer Sonnenmasse", sagte John Wise, Postdoktorand am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und einer der Autoren der Studie. "Zum ersten Mal konnten wir detailliert simulieren, was mit dem Gas um diese Sterne vor und nach der Bildung von Schwarzen Löchern passiert."
Die intensive Strahlung und die starken Abflüsse dieser massiven Sterne führten dazu, dass sich das nahegelegene Gas zerstreute. "Diese Sterne haben im Wesentlichen den größten Teil des Gases in ihrer Nähe entfernt", sagte Wise. Ein Bruchteil dieser ersten Sterne beendete ihr Leben nicht in großen Supernovae-Explosionen. Stattdessen brachen sie direkt in schwarze Löcher zusammen.
Aber die Schwarzen Löcher wurden in einen gasarmen Hohlraum hineingeboren und wuchsen sehr langsam, da nur wenig Gas zur Verfügung stand. "Während der 200 Millionen Jahre unserer Simulation wuchs ein Schwarzes Loch mit 100 Sonnenmassen um weniger als ein Prozent seiner Masse", sagte Alvarez.
Ausgehend von Daten aus Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung - einem Lichtblitz, der 380.000 Jahre nach dem Urknall auftrat, der die früheste Sicht auf die kosmische Struktur darstellt - wendeten die Forscher die Grundgesetze an, die die Wechselwirkung von Materie regeln, und erlaubten ihr Modell von das frühe Universum zu entwickeln. Die komplexe Simulation umfasste Hydrodynamik, chemische Reaktionen, Absorption und Emission von Strahlung sowie Sternentstehung.
In der Simulation verschmolz kosmisches Gas langsam unter der Schwerkraft und bildete schließlich die ersten Sterne. Diese massiven, heißen Sterne brannten für kurze Zeit hell und strahlten so viel Energie in Form von Sternenlicht aus, dass sie nahegelegene Gaswolken wegdrückten.
Diese Sterne konnten eine solch feurige Existenz nicht lange aufrechterhalten, und sie erschöpften bald ihren inneren Treibstoff. Einer der Sterne in der Simulation brach unter seinem eigenen Gewicht zusammen und bildete ein Schwarzes Loch. Mit nur Gasfetzen in der Nähe war das Schwarze Loch im Wesentlichen an Materie „ausgehungert“, auf der es wachsen konnte.
Trotz seiner strengen Ernährung hatte das Schwarze Loch einen dramatischen Einfluss auf seine Umgebung. Dies wurde durch einen Schlüsselaspekt der Simulation, die Strahlungsrückkopplung, aufgedeckt, der die Art und Weise berücksichtigte, wie Röntgenstrahlen, die vom Schwarzen Loch emittiert wurden, entferntes Gas beeinflussten.
Selbst auf Diät erzeugt ein Schwarzes Loch reichlich Röntgenstrahlen. Diese Strahlung verhinderte nicht nur das Eindringen von Gas in der Nähe, sondern erhitzte das Gas in hundert Lichtjahren Entfernung auf mehrere tausend Grad. Heißes Gas kann nicht zusammenkommen, um neue Sterne zu bilden. "Obwohl die Schwarzen Löcher nicht signifikant wachsen, ist ihre Strahlung intensiv genug, um die Sternentstehung in der Nähe für zehn und vielleicht sogar Hunderte von Millionen von Jahren abzuschalten", sagte Alvarez.
Quelle: NASA. Die Studie erscheint inDie astrophysikalischen Tagebuchbriefe.
