C'è una visione crescente secondo cui i buchi neri nell'universo primordiale potrebbero essere stati i semi attorno ai quali sono cresciute la maggior parte delle grandi galassie di oggi (ora con buchi neri supermassicci). E facendo un passo indietro, potrebbe anche essere il caso che i buchi neri fossero la chiave per reionizzare il mezzo interstellare iniziale - che quindi ha influenzato la struttura su larga scala dell'universo di oggi.
Per ricapitolare quei primi anni ... Il primo fu il Big Bang - e per circa tre minuti tutto fu molto compatto e quindi molto caldo - ma dopo tre minuti si formarono i primi protoni ed elettroni e per i successivi 17 minuti una parte di quei protoni interagì per formare nuclei di elio - fino a 20 minuti dopo il Big Bang, l'universo in espansione divenne troppo freddo per mantenere la nucleosintesi. Da lì, i protoni, i nuclei di elio e gli elettroni rimbalzarono per i successivi 380.000 anni come un plasma molto caldo.
C'erano anche fotoni, ma c'erano poche possibilità per questi fotoni di fare qualsiasi cosa, tranne che essere formati e quindi immediatamente riassorbiti da una particella adiacente in quel plasma caldo alla griglia. Ma a 380.000 anni, l'universo in espansione si è raffreddato abbastanza da consentire ai protoni e ai nuclei di elio di combinarsi con gli elettroni per formare i primi atomi - e improvvisamente i fotoni sono stati lasciati con spazio vuoto in cui sparare come i primi raggi di luce - che oggi abbiamo può ancora rilevare come sfondo cosmico a microonde.
Ciò che seguì furono le cosiddette ere oscure fino a circa mezzo miliardo di anni dopo il Big Bang, le prime stelle iniziarono a formarsi. È probabile che queste stelle fossero grandi, proprio come grandi, poiché gli atomi di idrogeno (e elio) freschi e stabili disponibili sono facilmente aggregabili e accrescibili. Alcune di queste prime stelle potrebbero essere state così grandi che si sono rapidamente fatte a pezzi come supernove di instabilità di coppia. Altri erano solo molto grandi e crollati in buchi neri - molti di loro avevano troppa gravità per consentire a un'esplosione di supernova di espellere qualsiasi materiale dalla stella.
Ed è qui che inizia la storia della reionizzazione. Gli atomi di idrogeno freschi e stabili del mezzo interstellare iniziale non sono rimasti freschi e stabili per molto tempo. In un universo più piccolo pieno di stelle massicce densamente ammassate, questi atomi sono stati rapidamente riscaldati, causando la dissociazione dei loro elettroni e la trasformazione dei loro nuclei in ioni liberi. Ciò ha creato un plasma a bassa densità - ancora molto caldo, ma troppo diffuso per non essere più opaco per essere illuminato.
È probabile che questo passaggio di reionizzazione abbia quindi limitato le dimensioni a cui le nuove stelle potrebbero crescere - oltre a limitare le opportunità di crescita di nuove galassie - poiché gli ioni caldi ed eccitati hanno meno probabilità di aggregarsi e accrescere rispetto agli atomi freschi e stabili. La reionizzazione potrebbe aver contribuito all'attuale distribuzione "disordinata" della materia, che è organizzata in galassie generalmente grandi e discrete piuttosto che una diffusione uniforme di stelle ovunque.
Ed è stato suggerito che i primi buchi neri - in realtà buchi neri nei binari a raggi X ad alta massa - potrebbero aver contribuito in modo significativo alla reionizzazione dell'universo primordiale. La modellazione al computer suggerisce che l'universo primordiale, con una tendenza verso stelle molto massicce, avrebbe molte più probabilità di avere buchi neri come resti stellari, piuttosto che stelle di neutroni o nane bianche. Inoltre, quei buchi neri sarebbero più spesso nei binari che nell'isolamento (poiché le stelle massicce formano più spesso sistemi multipli rispetto alle stelle piccole).
Quindi, con un enorme binario in cui un componente è un buco nero - il buco nero inizierà rapidamente ad accumulare un grande disco di accrescimento composto da materia estratta dall'altra stella. Quindi quel disco di accrescimento inizierà a irradiare fotoni ad alta energia, in particolare ai livelli di energia dei raggi X.
Mentre il numero di fotoni ionizzanti emessi da un buco nero che si accumula è probabilmente simile a quello della sua stella progenitrice luminosa e luminosa, ci si aspetterebbe che emetta una proporzione molto più alta di fotoni a raggi X ad alta energia - con ciascuno di quei fotoni potenzialmente in riscaldamento e ionizzando più atomi sul suo cammino, mentre il fotone di una stella luminosa potrebbe solo reionizzare uno o due atomi.
Quindi eccoti. Buchi neri ... c'è qualcosa che non possono fare?
Ulteriori letture: Mirabel et al Stellar buchi neri all'alba dell'universo.
