Wenn die ersten Schwarzen Löcher direkt kollabieren, könnten wir dann Funksignale aus diesen Momenten erkennen?
Das Universum ist übersät mit supermassereichen Schwarzen Löchern. Nur 30.000 Lichtjahre entfernt befindet sich eine im Zentrum der Milchstraße. Die meisten Galaxien haben einen, und einige von ihnen sind massereicher als eine Milliarde Sterne. Wir wissen, dass sich viele supermassive Schwarze Löcher schon früh im Universum gebildet haben. Der Quasar TON 618 wird beispielsweise von einem Schwarzen Loch mit 66 Milliarden Sonnenmasse angetrieben. Da sein Licht fast 11 Milliarden Jahre zurücklegt, um uns zu erreichen, war TON 618 bereits riesig, als das Universum nur wenige Milliarden Jahre alt war. Wie also sind diese Schwarzen Löcher so schnell so massiv geworden?
Eine Idee ist, dass einige der Die allerersten Sterne waren Riesen. Mit einer Masse von mehr als 10.000 Sonnen wäre ein solcher Stern sehr kurzlebig und würde schnell zu einem großen Schwarzen Loch kollabieren. Diese ersten Schwarzen Löcher würden als Keime im Zentrum einer Galaxie fungieren und nahes Material verbrauchen, um schnell an Größe zu wachsen. Einige von ihnen würden sogar kollidieren und zu einem noch größeren Schwarzen Loch verschmelzen. Obwohl es ein vernünftiges Modell ist, stellen Computersimulationen fest, dass dieser Prozess zu lange dauert. Dieser Prozess kann nicht die Art von Schwarzen Löchern erzeugen, die wir im frühen Universum wie TON 618 sehen.
Ein direktes Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs in M87. Bildnachweis: EHT-Kollaboration
Eine andere Idee ist als das direkte Kollaps-Szenario bekannt. In diesem Modell bildet sich auf einmal ein kleines supermassives Schwarzes Loch. Dichtes Gas in der Mitte einer Protogalaxie kühlt sich genug ab, um unter seinem eigenen Gewicht zu kollabieren und ein Schwarzes Loch zu bilden. Da diese Schwarzen Löcher einen Massevorsprung hätten, können sie schnell zu den supermassiven Schwarzen Löchern wachsen, die wir beobachten.
Bisher konnten wir kein Schwarzes Loch mit direktem Kollaps (DCBH) beobachten. Vor einigen Jahren wurden einige DCBH-Kandidaten anhand ihrer Infrarotsignale entdeckt. Diese könnten bestätigt werden, wenn das James-Webb-Weltraumteleskop (möglicherweise) später in diesem Jahr gestartet wird. Aber kürzlich argumentiert eine Studie, dass wir DCBHs durch ihre Radiosignaturen beobachten könnten.
Wenn Schwarze Löcher aktiv Materie in der Nähe verbrauchen, können sie starke Jets aus heißem Plasma erzeugen. Diese Jets sind laut Radio und sind eine der Möglichkeiten, wie wir supermassereiche Schwarze Löcher identifizieren können. Schwarze Löcher mit direktem Kollaps sollten ähnliche Jets haben, aber das Jet-Material wäre dichter. Und da sich DCBHs im frühen Universum bilden würden, wären ihre Funksignale stärker rotverschoben. Diese neueste Arbeit argumentiert, dass die Radiosignatur von DCBHs eine ähnliche Struktur hätte, aber leicht von den heutigen Radiojets zu unterscheiden wäre. Die Signatur würde sich auch von Jets unterscheiden, die von schwarzen Löchern erzeugt werden.
Leider können diese hochrotverschobenen Radioquellen von aktuellen Radioteleskopen nicht gesehen werden. Sie sollten jedoch hell genug sein, um vom Square Kilometre Array (SKA) und dem vorgeschlagenen Very Large Array (ngVLA) der nächsten Generation erkannt zu werden.
Referenz:Yue, B. und A. Ferrara. “ Funksignale von frühen schwarzen Löchern mit direktem Kollaps . 'Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society506.4 (2021): 5606–5618.