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Verborgene Geheimnisse des Universums! Wie kann ein Schwarzloch-Keim mit einer Masse von einer Million Sonnenmassen in einer Region mit hoher Rotverschiebung erzeugt werden?
In der Anfangsphase des Universums war die Entstehung von Schwarzen Löchern schon immer ein faszinierendes Thema. Jüngste wissenschaftliche Untersuchungen haben darauf hingewiesen, dass direkte Kollaps-Schwarze Löcher (DCBHs) wichtige Keime Schwarzer Löcher sind, die in Regionen mit hoher Rotverschiebung entstehen, und dass ihre Massen bis zu einer Million Sonnenmassen betragen können. Dieser wissenschaftliche Durchbruch ermöglicht uns nicht nur ein tieferes Verständnis der Geschichte des Universums, sondern definiert auch den Entstehungsmechanismus hochwertiger Schwarzer Löcher neu.
Der Entstehungsprozess direkt kollabierender Schwarzer Löcher
Die Bildung direkt kollabierender Schwarzer Löcher erfolgt ungefähr im Rotverschiebungsbereich z=15 bis 30, was bedeutet, dass die Bedingungen im Universum besonders geeignet waren, als das Universum nur 100 bis 200 Millionen Jahre alt war, für die Kondensation großer -Skalensache.
Die Bildung dieser Schwarzen Löcher unterscheidet sich von der Entstehung der Schwarzen Löcher, die aus den ersten Sternen (d. h. Sternen der Population III) entstanden sind, wird aber direkt durch eine Art Gravitationsinstabilität angetrieben.
Bevor sich diese Schwarzen Löcher bilden können, muss das Gas eine Reihe spezifischer Bedingungen erfüllen, z. B. dass es metallfrei ist (nur Wasserstoff und Helium enthält) und über genügend Lyman-Werner-Photonenfluss verfügt, um die Wasserstoffmoleküle zu zerstören und so das Gas zu verhindern vor Abkühlung und Fragmentierung. Eine solche Umgebung löst den gravitativen Kollaps der Gaswolke aus, was letztendlich zur Bildung eines Schwarzen Lochs mit der extrem hohen Materiedichte in seinem Kern führt.
Eine seltene Anzahl direkt kollabierender Schwarzer Löcher
Trotz theoretischer Unterstützung für DCBHs wissen wir derzeit, dass sie im Universum mit hoher Rotverschiebung sehr selten sind. Neuesten kosmischen Simulationen zufolge sind die Bedingungen für die Entstehung solcher Schwarzer Löcher sehr harsch, so dass ihre Zahlendichte voraussichtlich höchstens etwa 1 pro Kubikgigapasec beträgt. Im optimistischsten Szenario könnte diese Menge etwa 100.000 pro Kubikgigaparasekunde erreichen.
Beobachtung und Entdeckung
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie werden Astronomen immer aktiver bei der Suche nach DCBH. Seit 2016 sucht ein Forschungsteam der Harvard University mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Chandra-Röntgenobservatorium nach Hinweisen auf solche Schwarzen Löcher. Kürzlich entdeckten sie zwei Kandidaten, die mit vorhergesagten Spektralmerkmalen in Daten im hohen Rotverschiebungsbereich z > 6 übereinstimmen.
Diese Schwarzen Löcher zeichnen sich durch einen erheblichen Überschuss an Infrarotstrahlung aus, der offensichtlicher ist als bei anderen Objekten mit hoher Rotverschiebung.
Unterschiede zu ursprünglichen Schwarzen Löchern und stellaren Kollaps-Schwarzen Löchern
Es ist wichtig zu beachten, dass es grundlegende Unterschiede zwischen DCBHs und primordialen Schwarzen Löchern und stellaren Kollaps-Schwarzen Löchern gibt. Während ursprüngliche Schwarze Löcher durch einen direkten Energiekollaps entstehen, entstehen DCBHs durch den Kollaps ungewöhnlich dichter Gasregionen.
Während des Entstehungsprozesses ursprünglicher Schwarzer Löcher durchlaufen sie keine Zwischenprozesse von Sternen, daher klassifizieren wir Schwarze Löcher, die durch den Kollaps von Sternen der Population III entstehen, im Allgemeinen nicht als „direkte fragile Zersetzung“.
Zukünftige Forschungsrichtungen
Mit dem Start des James-Webb-Weltraumteleskops werden die Beobachtungen dieser möglichen Schwarzen Löcher weiter vertieft und wir werden in der Lage sein, ihre Natur und Existenz effektiver zu bestätigen. Auf jeden Fall ist die Erforschung des DCBH immer noch voller Herausforderungen und Geheimnisse, was uns nicht nur neue Fragen zur Kosmologie aufwirft, sondern auch unser Nachdenken über die Entstehung und Entwicklung des Universums anregt.
Diese hochmodernen Studien offenbaren eine wichtige Frage: Wie viele mysteriöse Phänomene müssen in diesem unendlichen Universum noch entdeckt werden?
