Dodano: 25 luty 2021r.

Supermasywne czarne dziury mogą formować się z ciemnej materii?

Naukowcy zaproponowali nowy mechanizm powstawania supermasywnych czarnych dziur. W nowych analizach teoretycznych międzynarodowy zespół zasugerował, że zamiast konwencjonalnych scenariuszy formacji obejmujących normalną, zwykłą materią barionową, supermasywne czarne dziury mogą tworzyć się bezpośrednio z ciemnej materii.

Supermasywne czarne dziury mogą formować się z ciemnej materii?

 

Dokładny sposób, w jaki we wczesnym Wszechświecie powstały supermasywne czarne dziury, jest jednym z największych problemów współczesnych badań nad ewolucją galaktyk. Naukowcy wcześniej ustalili, że supermasywne czarne dziury były obecne już 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu, ale sposób, w jaki mogły tak szybko osiągnąć swoje rozmiary, pozostaje niewyjaśniony.

Teraz fizycy teoretycy z Włoch, Hiszpanii i Argentyny zaproponowali nowy mechanizm tworzenia się supermasywnych czarnych dziur - z ciemnej materii. Wyniki badań mają kluczowe implikacje dla kosmologii we wczesnym Wszechświecie i zostały opublikowane w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Ciemna materia i czarne dziury

Standardowe modele formacji supermasywnych czarnych dziur obejmują normalną materię barionową - atomy i pierwiastki tworzące gwiazdy, planety i wszystkie widoczne obiekty - zapadającą się pod wpływem grawitacji, tworzącą czarne dziury, które następnie rosną z czasem.

W nowych badaniach zespół kierowany przez dr Carlosa Argüellesa z Universidad Nacional de La Plata i ICRANet zbadał potencjalne istnienie stabilnych jąder galaktycznych zbudowanych z ciemnej materii i otoczonych przez halo z rozrzedzonej ciemnej materii. Zgodnie z tym założeniem uczeni ustalili, że centra tych struktur mogą stać się tak skoncentrowane, że mogą również zapaść się w supermasywne czarne dziury, gdy krytyczny próg zostanie osiągnięty. Według takiego modelu mogłoby to nastąpić znacznie szybciej niż inne proponowane mechanizmy formowania się supermasywnych czarnych dziur i pozwoliłoby tym obiektom uformować się jeszcze przed galaktykami.

- Ten nowy scenariusz formacji może w wyjaśniać, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały we wczesnym Wszechświecie – powiedział Argüelles.

Nowy model

Inną intrygującą konsekwencją nowego modelu jest to, że masa krytyczna potrzebna do zapadnięcia się w czarną dziurę może nie zostać osiągnięta w przypadku mniejszych galaktyk karłowatych. Autorzy badań sugerują, że mniejsze galaktyki mogły pozostać z jądrem z ciemnej materii zamiast oczekiwanej w tym miejscu czarnej dziury. Według nich, jądro z ciemnej materii może nadal naśladować grawitacyjne sygnatury konwencjonalnej czarnej dziury w centrum galaktyki, podczas gdy zewnętrzne halo ciemnej materii może również wyjaśniać tzw. problem krzywej rotacji galaktyk.

- Nasz model pokazuje, że halo ciemnej materii może zawierać gęste skupiska w swoich centrach, co może odgrywać kluczową rolę w zrozumieniu powstawania supermasywnych czarnych dziur. Udowodniliśmy po raz pierwszy, że taki rozkład ciemnej materii w jądrze i halo może się rzeczywiście tworzyć i pozostawać stabilnym przez cały czas życia Wszechświata – zaznaczył Argüelles.

Autorzy mają nadzieję, że dalsze badania rzucą więcej światła na formowanie się supermasywnych czarnych dziur w najwcześniejszych dniach naszego Wszechświata.

 

Źródło: Royal Astronomical Society, fot. LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonn)