Επιλεγμένα

Νέα μελέτη υποστηρίζει ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να διαμορφωθούν από σκοτεινή ύλη

Από στις 25 Φεβρουάριος 2021

Μια νέα θεωρητική μελέτη έχει προτείνει έναν καινούργιο μηχανισμό για τη δημιουργία των υπερμεγεθών μελανών οπών από σκοτεινή ύλη. Η διεθνής επιστημονική ομάδα βρήκε ότι παρά του ότι το συμβατικό σενάριο διαμόρφωσης εμπλέκει την «κανονική» ύλη, οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θα μπορούσαν αντί αυτής να διαμορφωθούν άμεσα από σκοτεινή ύλη σε περιοχές υψηλής πυκνότητας στα κέντρα των γαλαξιών. Το αποτέλεσμα της μελέτης θεωρείται πως θα έχει βασικές επιπτώσεις για την κοσμολογία στο πρώιμο σύμπαν. Δημοσιεύεται στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Το πώς ακριβώς διαμορφώθηκαν αρχικά οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, είναι σήμερα ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη μελέτη της εξέλιξης των γαλαξιών. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν παρατηρηθεί νωρίς, 800 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και το πώς θα μπορούσαν να έχουν αναπτυχθεί τόσο γρήγορα παραμένει ανεξήγητο.

Τα τυπικά μοντέλα διαμόρφωσης εμπεριέχουν την κανονική βαρυονική ύλη – τα άτομα και τα στοιχεία που αποτελούν τα άστρα, τους πλανήτες και όλα τα ορατά αντικείμενα – που καταρρέουν υπό την επίδραση της βαρύτητας για να σχηματίσουν μαύρες τρύπες, οι οποίες στη συνέχεια αναπτύσσονται συν τω χρόνω. Ωστόσο η νέα εργασία, διερευνά τη δυνητική ύπαρξη σταθερών γαλαξιακών πυρήνων που αποτελούνται από σκοτεινή ύλη και περιβάλλονται από μια αραιωμένη άλω σκοτεινής ύλης, βρίσκοντας ότι τα κέντρα αυτών των δομών θα μπορούσαν να γίνουν τόσο πυκνά που θα μπορούσαν επίσης να καταρρεύσουν σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μόλις φθάσουν σε ένα κρίσιμο κατώφλι.

Σύμφωνα με το μοντέλο, αυτό θα μπορούσε να έχει συμβεί πολύ πιο γρήγορα από ότι προτείνουν άλλοι μηχανισμοί διαμόρφωσης και να έχει επιτραπεί οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να έχουν σχηματιστεί στο πρώιμο σύμπαν πριν εμφανιστούν οι γαλαξίες, αντίθετα με την τρέχουσα αντίληψη. Ο Carlos R. Argüelles, ο ερευνητής στο Εθνικό Πανεπιστήμιο La Plata και στο ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network) που ηγείται της έρευνας, σχολιάζει: «Το νέο αυτό σενάριο διαμόρφωσης μπορεί να προσφέρει μια φυσική ερμηνεία για το πώς διαμορφώθηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν, χωρίς να απαιτείται προηγουμένως η διαμόρφωση των άστρων ή να χρειάζεται να επικαλεστούμε μαύρες τρύπες- σπόρους με μη-ρεαλιστικούς ρυθμούς συσσώρευσης».

Μια άλλη ενδιαφέρουσα συνέπεια του νέου μοντέλου είναι ότι η κρίσιμη μάζα για κατάρρευση σε μια μαύρη τρύπα μπορεί να μη φθάσει για μικρότερες άλω σκοτεινής ύλης, για παράδειγμα εκείνης που περιβάλλει ορισμένους νάνους γαλαξίες. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι αυτό στη συνέχεια μπορεί να αφήσει τους μικρότερους γαλαξίες νάνους με έναν κεντρικό πυρήνα σκοτεινής ύλης, μάλλον, παρά μια αναμενόμενη μαύρη τρύπα. Τέτοιος πυρήνας σκοτεινής ύλης θα μπορούσε ακόμη να μιμηθεί τις βαρυτικές υπογραφές μιας συμβατικής κεντρικής μαύρης τρύπας, αν και η εξωτερική άλως της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει τις παρατηρούμενες καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών.

«Το μοντέλο δείχνει πώς οι άλω σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν υποθάλψουν πυκνές συγκεντρώσεις στα κέντρα τους, που μπορεί να παίξουν κρίσιμο ρόλο στη βοήθεια για την κατανόηση της διαμόρφωσης των υπερμεγεθών μελανών οπών», πρόσθεσε ο Carlos. «Εδώ έχουμε αποδείξει για πρώτη φορά ότι τέτοιες κατανομές πυρήνα-άλω σκοτεινής ύλης μπορούν πράγματι να διαμορφώσουν ένα κοσμολογικό πλαίσιο και να παραμείνει σταθερό εφ’ όρου ζωής του σύμπαντος».

Οι συγγραφείς ελπίζουν ότι περαιτέρω μελέτες θα ρίξουν περισσότερο φως στο σχηματισμό υπερμεγεθών μελανών οπών στο πολύ πρώιμες ημέρες του σύμπαντός μας, όπως επίσης ότι η διερεύνηση του εάν τα κέντρα των μη-ενεργών γαλαξιών, του δικού μας Γαλαξία συμπεριλαμβανομένου, μπορούν να παίξουν ρόλο ξενιστή για αυτούς τους πυκνούς πυρήνες σκοτεινής ύλης.

Πηγή: Royal Astronomical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: On the formation and stability of fermionic dark matter haloes in a cosmological framework.

Κωνσταντίνος Ζώκος

Κωνσταντίνος Ζώκος

Φυσικός, Δάσκαλος Φυσικής