Ciemna materia mogła przyczynić się do powstawania gigantycznych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie, naukowcy proponują w nowym artykule.
Więcej obserwacji, szczególnie z James Webb Space Telescopeujawniają naprawdę gigantyczne czarne dziury, które pojawiły się w stosunkowo młodym wszechświecie. Zaledwie kilkaset milionów lat po Wielki WybuchWygląda na to, że nasz kosmos był już domem dla czarnych dziur miliardy razy więcej ogromnych niż słońce.
Jedyny znany sposób na stworzenie Czarne dziury jest przez śmierć masywnych gwiazd, ale proces ten daje czarne dziury z kilkadziesiąt mas słonecznych. Problem z wczesnym pojawieniem się gigantycznych czarnych dziur polega na tym, że po prostu nie było wystarczająco dużo czasu, aby pojawiły się pierwsze gwiazdy, umrzeć, a następnie te małe czarne dziury zużywają wystarczającą ilość materiału, aby osiągnąć status supermasywnego.
Być może więc wczesny wszechświat miał inny sposób na tworzenie dużych czarnych dziur, rozpoczynając proces. Najłatwiejszym sposobem na to jest wzięcie dużych chmur wodoru i helu i upadek na siebie, całkowicie pomijając tworzenie gwiazd i przechodząc prosto do tworzenia czarnej dziury.
Ale zapadające się chmury gazu mają tendencję do tworzenia wodoru molekularnego, co jest bardzo wydajne w chłodzeniu gazu. Zamiast prowadzić do upadku, powoduje to, że chmura rozpadła się na wiele mniejszych bitów, wytwarzając klaster nowonarodzonych gwiazd i poprawiając bezpośrednie zawalenie się w czarnej dziurze. Jednym ze sposobów uniknięcia tworzenia się wodoru molekularnego jest wysadzenie go za pomocą promieniowania ultrafioletowego o wysokiej energii (UV), które było krótko zaopatrzeni we wczesnym wszechświecie, ponieważ gwiazdy jeszcze się nie utworzyły.
W nowy papier Przesłane do bazy danych preprint ARXIV w marcu Hao Jiao z McGill University w Quebecu i współpracownicy proponują niekonwencjonalne rozwiązanie: ciemna materia.
Niektóre modele ciemnej materii przewidują, że jest wyjątkowo lekki, nawet miliardy razy lżejszy niż Neutrinonajlżejsza znana cząstka. Jeśli ciemna materia jest bardzo światła, to w skalach galaktycznych działa bardziej jak ocean kwantowy niż ula dyskretnych cząstek.
Te oceany ciemnej materii, które zawierają każdą galaktykę, mogą wspierać fale, podobnie jak oceany wody, które odpowiadałyby regionom o wyższej gęstości ciemnej materii.
Co ciekawe, ultralekka ciemna materia może być w stanie przekształcić się w fotony (światło) – i to dzięki temu procesowi zespół badawczy ma nadzieję wyeliminować wodór molekularny i pozwolić chmurom gazowym zapaść się w gigantyczne czarne otwory.
We wczesnym wszechświecie, galaktyki Jak wiemy, jeszcze się nie utworzyli. Zamiast tego były to tylko plamy wodoru i helu osadzone w morzu ciemnej materii. Ale ponieważ ocean ciemnej materii może wspierać fale, mogą pojawić się kieszenie o dużej gęstości. Zespół stwierdził, że istnieje mechanizm sprzężenia zwrotnego między falami ciemnej materii a chmurami gazowymi, co prowadzi do zjawiska znanego jako rezonans – fale po prostu wzmacniają się w coraz wyższych energii.
Po wzroście rezonansu regiony o wysokiej gęstości ciemnej materii zamieniłyby się w fotony, tworząc kurs światła we wszechświecie przed pojawieniem się pierwszych gwiazd.
Ale jest jeden problem: te fotony były zbyt niskie, aby rozbić wodór molekularny.
Tak więc naukowcy zdali sobie sprawę, że aby ten proces zadziałał, musiał istnieć kolejny krok, który wzmocniłby energię fotonów. Jeden sposób nazywa się termalizacją. W tym procesie fotony o niskiej energii ogrzewają otaczający gaz. W wyższych temperaturach sam gaz oddaje promieniowanie wszelkiego rodzaju energii, w tym energie UV potrzebne do rozbicia wodoru molekularnego.
Inną możliwością jest to, że turbulencje w chmurach gazowych odegrały pewną rolę. Turbulencje mogą wzmacniać zaburzenia na małą skalę w duże, a także pozwala na szlak promieniowania o niskiej energii, aby zwiększyć promieniowanie wysokoenergetyczne.
Astronomowie i fizycy od dawna szukali ultralekkiej ciemnej materii, ale jeszcze nie znaleźli żadnych bezpośrednich dowodów na to. To nakłada rygorystyczne ograniczenia na to, jak masywne mogą być te cząsteczki i o tym, jak skutecznie ciemna materia może przekształcić w fotony.
O dziwo, chociaż praca jest tylko w najwcześniejszych stadiach, zespół ma wszystko do pracy w swoich modelach. Jeśli wypełnią wczesny wszechświat ultralekką ciemną materią, szanując ograniczenia masy i wydajności, mogą wytworzyć wystarczającą ilość promieniowania UV, aby chmury gazowe były ciepłe i zapobiec ich fragmentowaniu. To pozwoliło chmurom zapadać się bezpośrednio w nasiona największych czarnych dziur.
Praca jest nadal wstępna i nie przeszła jeszcze wzajemnej oceny. Ważnym następnym krokiem będzie zobaczenie, jak dobrze pomysł utrzymuje się w bardziej realistycznych symulacjach wczesnego wszechświata. Nutowy, Inni badacze Zaproponowali również ciemną materię w ramach wzrostu czarnej dziury w kosmosie niemowląt, więc wkrótce możemy zobaczyć dalszą rozmowę na ten temat.
Kto wiedział, że ciemna materia może być tak przydatna?
