หลุมดำเกิดขึ้นได้อย่างไร

ดาวฤกษ์ดำรงอยู่ได้ด้วยสมดุล:พลังงานจากปฏิกิริยาในแกนกลางดันออกด้านนอก ขณะที่แรงโน้มถ่วงของมันเองดึงเข้าด้านใน ตราบใดที่ยังมีเชื้อเพลิง สมดุลนี้ก็ยังคงอยู่ เมื่อปฏิกิริยาหยุดลง แรงดันออกด้านนอกก็หายไป

สิ่งที่จะเหลืออยู่ในท้ายที่สุดขึ้นอยู่กับมวล ดาวฤกษ์มวลน้อยจะเหลือเป็นทรงกลมหนาแน่นที่กำลังเย็นตัว ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าจะเหลือเป็นวัตถุที่ประกอบด้วยสสารซึ่งมีความหนาแน่นเกินจินตนาการ และมีเพียงดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดเท่านั้นที่ไม่มีอะไรหยุดการยุบตัวได้

เส้นแบ่งระหว่างผลลัพธ์แบบที่ 2 กับแบบที่ 3 นั้นแคบและเรารู้ได้เพียงโดยประมาณ นี่จึงเป็นเหตุผลที่วัตถุใกล้เส้นแบ่งนี้น่าสนใจ:พวกมันช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุได้แม่นยำขึ้นว่าสสารหยุดต้านแรงโน้มถ่วงของตัวเองตรงจุดใด

เปลือกที่ถูกสลัดออกจะปรากฏเป็นแสงวาบที่สว่างพอๆกับทั้งกาแล็กซี เรามักรู้ว่ามีการยุบตัวเกิดขึ้นที่ใดสักแห่งจากแสงวาบเช่นนี้ เพราะวัตถุที่เหลืออยู่ไม่เปล่งแสงออกมา

ช่องว่างนี้ใหญ่หลวงและอธิบายด้วยการสะสมมวลอย่างง่ายๆได้ยาก การดูดกลืนสสารมีขีดจำกัด:รังสีจากก๊าซที่กำลังตกลงมาจะผลักก๊าซที่ตามมาออกไป ทำให้อัตราการเติบโตชนเพดาน

การสังเกตเอกภพยุคแรกทำให้ปัญหานี้ยิ่งชัดเจนขึ้น เราพบวัตถุยักษ์ที่มีอยู่แล้วภายในช่วงไม่กี่ร้อยล้านปีแรก เห็นได้ชัดว่าเวลาไม่เพียงพอสำหรับการเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากขนาดเท่าดาวฤกษ์

จึงเกิดสมมติฐานหลายข้อเกี่ยวกับเมล็ดกำเนิดของพวกมัน:การยุบตัวโดยตรงของเมฆก๊าซขนาดมหึมาโดยไม่ผ่านระยะดาวฤกษ์ การรวมตัวของวัตถุจำนวนมากในกระจุกหนาแน่น และดาวฤกษ์ดวงแรกที่มีมวลมากผิดปกติ ขณะนี้ยังไม่มีข้อใดได้รับการยอมรับว่าเป็นคำตอบสุดท้าย

การสังเกตการรวมตัวช่วยไขปริศนาได้ คลื่นกระเพื่อมที่เครื่องตรวจจับตรวจพบเผยให้เห็นวัตถุที่มีมวลระดับกลาง ซึ่งเป็นขนาดที่ก่อนหน้านี้แทบไม่เคยพบ

ยังมีเส้นทางที่ 3 ซึ่งเพิ่งได้รับการยืนยัน:การรวมตัว หลุมดำ 2 หลุมที่โคจรรอบกันจะรวมเป็นหนึ่งเดียวในที่สุด และเราตรวจจับเหตุการณ์นี้ได้จากคลื่นกระเพื่อมในกาลอวกาศ ไม่ใช่จากแสง