U gustim zvjezdanim skupovima ranog svemira zvijezde su se mogle učestalo sudarati i spajati u sve veće objekte. Prema modelu koji su razvili astrofizičari predvođeni Claire Williams sa Sveučilišta Kalifornije u Los Angelesu, takav bi niz spajanja mogao stvoriti vrlo masivnu zvijezdu, a njezinim urušavanjem i masivan zametak crne rupe.
To bi pomoglo objasniti kako su neke crne rupe tako rano dosegnule goleme mase. Observacije teleskopom James Webb otkrile su izrazito zbijene sustave iz ranih razdoblja kozmičke povijesti. U njima bi bliski susreti mogli biti mnogo važniji nego u našem dijelu Mliječne staze, gdje zvijezde uglavnom razdvajaju velike udaljenosti.
Williams i suradnici opisali su taj mehanizam u preprintu objavljenom 27. ožujka na arXivu. Riječ je o analitičkom modelu koji povezuje gustoću, masu i veličinu zvjezdanog skupa s mogućim ishodima sudara, a ne o izravno zabilježenim sudarima. Njegova su predviđanja provjerili simulacijama Monte Carlo, koje prate velik broj mogućih susreta uz nasumično odabrane uvjete.
Sporiji susret može spojiti zvijezde, brži ih razoriti
Kad se dvije zvijezde sudare, ishod ovisi o njihovoj međusobnoj brzini i o tome koliko čvrsto gravitacija zadržava materijal u njihovim vanjskim slojevima. Pri manjoj brzini zvijezde se mogu spojiti i dio zajedničke mase zadržati u novom objektu. Pri vrlo brzom sudaru velik dio zvjezdanog materijala može biti izbačen u okolinu.
U zbijenom skupu bez velike središnje crne rupe niz spajanja mogao bi povećavati masu pojedinih zvijezda. Zbog gravitacijskih međudjelovanja s drugim zvijezdama masivniji se objekti postupno premještaju prema središtu skupa. Ondje bi se mogao stvoriti div koji znatno nadmašuje uobičajene zvjezdane mase.
Za neke od najgušćih razmatranih sustava model daje zvijezde s desecima tisuća do približno stotinu tisuća Sunčevih masa. Takav ishod ovisi o gustoći i građi početnog skupa, gubitku mase zvjezdanim vjetrom te vremenu raspoloživom za sudare.
Crna rupa nastala urušavanjem tako masivne zvijezde već bi pri nastanku mogla biti znatno masivnija od crne rupe nastale urušavanjem jedne uobičajene zvijezde. Takav bi početak olakšao daljnji rast do golemih masa.
Crna rupa mijenja uvjete u skupu
Autori su razmatrali i skupove u kojima crna rupa već postoji. Njezina gravitacija ubrzava obližnje zvijezde, pa u unutarnjim dijelovima skupa postaju važniji razorni sudari. Umjesto stvaranja sve veće zvijezde, takvi susreti mogu osloboditi velike količine plina oko crne rupe.
Model tako opisuje dva moguća ishoda: stvaranje masivnog zametka nove crne rupe u skupu zvijezda te nakupljanje plina u skupu u kojem crna rupa već postoji. Istraživanje ne prati izravno koliko će tog plina crna rupa poslije progutati. Dio bi se mogao zadržati u njezinoj okolini, a dio bi zračenje i druga povratna djelovanja mogli izbaciti.
I u središtu Mliječne staze zvijezde se gibaju pod snažnim utjecajem velike crne rupe. To podsjeća na važnost lokalnih uvjeta: učestalost sudara ovisi o gustoći i brzinama zvijezda u pojedinom skupu, a ne samo o starosti svemira.
Moguća veza s malim crvenim točkama
Gusti plin oko aktivne crne rupe mogao bi biti povezan i s malim crvenim točkama, kompaktnim udaljenim izvorima otkrivenim teleskopom James Webb. Astronomi još ispituju koliko njihove svjetlosti dolazi od zvijezda, a koliko iz područja oko rastuće crne rupe.
Tim Claire Williams predlaže da bi zvjezdani sudari mogli pomoći u stvaranju okoline potrebne za neke od tih objekata. Taj bi mehanizam mogao objasniti dio njihove raznolikosti, no zasad nije utvrđeno odnosi li se na cijelu skupinu. Drugi radovi, poput modela kratkih naleta rasta ranih crnih rupa, drukčije povezuju dovod plina i nastanak zvijezda.
Sadašnji proračun pojednostavljuje razvoj zvjezdanog skupa. Ne prati u potpunosti kako sami sudari mijenjaju raspored zvijezda, a gubitak mase u svakom susretu procjenjuje jednostavnije nego detaljne simulacije pojedinačnih sudara. Za potpuniji opis trebalo bi uključiti i promjene plina koji se već nalazi u skupu.
Sljedeći bi modeli trebali istodobno pratiti zvijezde, plin i promjene gustoće skupa. Usporedba tih proračuna s observacijama pomogla bi utvrditi u kojim su ranim sustavima zvjezdani sudari doista mogli stvoriti zametke masivnih crnih rupa.
