Crna rupa u udaljenom izvoru QSO1 mogla bi potjecati iz doba prije prvih zvijezda, a većinu mase nakupiti kasnije, privlačenjem plina. U usporedbi triju primordijalnih scenarija astronomi su izdvojili uvjete pod kojima bi takav rast objasnio i golemu masu crne rupe i malu količinu težih elemenata u okolnom plinu.
Valerio De Luca sa Sveučilišta Johns Hopkins i suradnici provjerili su mogu li crne rupe nastale prije zvijezda objasniti male crvene točke koje opaža teleskop James Webb. U teorijskom radu objavljenom 12. lipnja u časopisu Physical Review Letters uspoređuju proračune njihova nastanka i rasta s poznatim svojstvima tih udaljenih izvora.
Golema masa, a vrlo malo težih elemenata
QSO1 promatramo u razdoblju kada je svemir bio star oko 700 milijuna godina. Njegova crna rupa ima procijenjenu masu od približno 50 milijuna Sunčevih masa, a plin u njezinoj okolini sadrži iznimno malo elemenata težih od helija.
U astronomiji se svi elementi teži od helija zajednički nazivaju metalima. Mala količina tih elemenata upućuje na skromno obogaćivanje plina materijalom iz zvijezda, premda ne isključuje njihovu prisutnost. To ograničava koliko je zvijezda moglo nastati tijekom rasta crne rupe.
Mjerenja mase i kemijskog sastava QSO1 te ranije procjene njegove mase omogućuju provjeru različitih objašnjenja njegova podrijetla. Sada je pitanje može li manja primordijalna crna rupa izrasti u takav objekt, a da predviđanja ostanu spojiva s drugim opažanjima svemira.
Crna rupa ne bi mogla jednostavno nastati toliko velika
Primordijalne crne rupe hipotetski su objekti nastali urušavanjem gustih područja vrlo ranog svemira, prije zvijezda. Njihovo postojanje nije potvrđeno. Razlikuju se od crnih rupa koje nastaju nakon završetka razvoja masivnih zvijezda i ne zahtijevaju prethodnu zvjezdanu generaciju.
Prvi razmatrani put bio je nastanak primordijalne crne rupe već s masom usporedivom s onom koju danas procjenjujemo za crnu rupu u QSO1. Autori zaključuju da je takav scenarij, uz pretpostavke njihova modela, nespojiv s ograničenjima iz kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Tako velike razlike u gustoći ranog svemira, potrebne za nastanak tih objekata, ostavile bi tragove kakvi nisu opaženi.
Manje primordijalne crne rupe ostaju dopuštene tim ograničenjima. U preostala dva scenarija tim polazi od objekata mase reda tisuću Sunčevih masa ili manje.
Spajanja su moguća, ali traže rijetke uvjete
Drugi put uključuje uzastopna spajanja manjih crnih rupa. Nakon svakog spajanja novonastala crna rupa morala bi ostati u sustavu dovoljno snažne gravitacije da iz njega ne pobjegne i da se poslije može ponovno spojiti. Zračenje gravitacijskih valova pri spajanju može joj dati snažan trzaj i izbaciti je iz sustava.
U razmatranim modelima takve velike nakupine tamne tvari, odnosno haloi, vrlo su rijetke u ranom svemiru. Samo uzastopnim spajanjima teško je dobiti onoliko masivnih crnih rupa koliko bi ih trebalo da se objasni opažena brojnost malih crvenih točaka. Rezultat snažno ovisi o povijesti spajanja i početnom rasporedu crnih rupa.
Manja crna rupa mogla je narasti privlačenjem plina
Treći scenarij počinje manjom primordijalnom crnom rupom koja raste privlačenjem okolnog plina. U modelu rasta privlačenjem plina autori istodobno prate povećanje mase crne rupe i kemijske promjene u okolini. Time provjeravaju može li crna rupa postati golema, a da nastanak zvijezda ne ostavi previše težih elemenata.
Pronašli su uvjete koji mogu objasniti izmjerenu masu crne rupe i kemijski sastav plina u QSO1. Potrebno je, među ostalim, da se samo mali dio plina koji dotječe prema crnoj rupi utroši na nastanak zvijezda. Proračun rasta je pojednostavnjen: još treba preciznije opisati kako zračenje crne rupe mijenja dotok plina, koliko se plina izbacuje i koliko zvijezda pritom nastaje.
Rast privlačenjem plina najbolje je prošao tu usporedbu, uz pretpostavku da je početna crna rupa bila primordijalna. Autori žele provjeriti mogu li isti proračuni objasniti i širu populaciju crvenih točaka te kako se zaključci mijenjaju kada se zajedno uključe spajanja i privlačenje plina.
