Ciemna materia może być odpowiedzialna za masywne czarne dziury o świcie czasu

W miarę jak zyskujemy większą zdolność zagłębiania się coraz głębiej we wszechświat, znaleźliśmy coś bardzo zaskakującego: czarne dziury Miliony do miliardów mas Słońca, zanim wszechświat osiągnie 10% swojego obecnego wieku.

To dość kosmiczna zagadka. Biorąc pod uwagę to, co wiemy o tempie wzrostu czarnych dziur, od tego czasu nie było wystarczająco dużo czasu wielka eksplozja Więc rośnie bardzo duże. Ale ich obecność jest niezaprzeczalna – więc coś dziwnego musi się czaić.

Według nowych badań ta rzecz może być jedną z najdziwniejszych rzeczy we wszechświecie: Ciemna materia.

Możemy wymyślić dwa powody [why the early Universe black holes are so massive], ” Fizyk i astronom Hai Bo Yu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside powiedział:.

„Nasionko – lub „dziecko” – czarna dziura jest albo znacznie większa, albo rośnie znacznie szybciej niż myśleliśmy, albo jedno i drugie. Pytanie brzmi zatem, jakie są fizyczne mechanizmy wytwarzania wystarczająco masywnej czarnej dziury lub osiągnięcia wystarczająco wystarczająco szybkie tempo wzrostu?”

Ciemna materia to jedna z największych tajemnic wszechświata. Nie wiemy, co to jest, ani z czego jest zrobione. Jedyny sposób, w jaki oddziałuje z normalną materią barionową we wszechświecie – są to rzeczy, które składają się na wszystko, co widzimy – to grawitacja.

Ponieważ oddziałuje z grawitacją, możemy obserwować efekty grawitacyjne we wszechświecie, takie jak rotacja galaktyk i sposób, w jaki światło załamuje się wzdłuż silnego pola grawitacyjnego, oraz odejmować efekt grawitacyjny zwykłej materii, aby określić zawartość ciemnej materii. A jest tego dużo. Szacuje się, że 85% całej materii we wszechświecie to ciemna materia.

Większość galaktyk znajduje się w halo ciemnej materii. Uważa się, że jest niezbędna do jej powstania. Jednym z modeli powstawania supermasywnych czarnych dziur jest bezpośrednie zapadanie się gęstego obłoku gazu. Yu i jego koledzy zastanawiali się, czy jest inny wkład.

„Ten mechanizm… nie może wytworzyć wystarczająco masywnej czarnej dziury, aby pomieścić nowo obserwowane supermasywne czarne dziury – chyba że zarodkowa czarna dziura doświadczy bardzo szybkiego tempa wzrostu”. Yu powiedział.

„Nasza praca oferuje alternatywne wyjaśnienie: samooddziałujące halo ciemnej materii doświadcza grawitacyjnej niestabilności termicznej, a jego centralny obszar zapada się w zarodkową czarną dziurę”.

O ile nam wiadomo, ciemna materia oddziałuje tylko grawitacyjnie z materią barionową, ale może być w stanie oddziaływać ze sobą.

Scenariusz zespołu zaczyna się od formacji przypominającej halo ciemnej materii, która łączy się z siłą grawitacji we wczesnym wszechświecie. Wewnętrzne przyciąganie grawitacyjne konkuruje z zewnętrznym naporem ciepła i ciśnienia; W przypadku ciemnej materii, która nie wchodzi w interakcje z sobą, cząstki kondensujące w kierunku środka korony przyspieszą pod wpływem zwiększonej grawitacji i odbiją się z powrotem pod wysokim ciśnieniem, ponieważ nie są w stanie przekazać swojej energii innym cząsteczkom.

Jednak samooddziałujące cząstki ciemnej materii byłyby w stanie przenosić energię na inne cząstki, powodując tarcie obracającego się płynu ciemnej materii. Spowodowałoby to spowolnienie cząstek, zmniejszenie momentu pędu i zmniejszenie centralnego halo, tak aby ostatecznie zapadło się ono pod własną masą, tworząc zarodek czarnej dziury.

Od tego momentu nasiono może rosnąć poprzez gromadzenie materii barionowej – stwierdzili naukowcy. I chociaż „ziarno” ciemnej materii może mieć masę wystarczająco dużą, aby umożliwić szybki wzrost czarnej dziury, wymagane są obie formy materii.

„W wielu galaktykach ich centralne regiony są zdominowane przez gwiazdy i gazy” Yu wyjaśnił.

„Tak więc naturalne jest pytanie, w jaki sposób obecność tej materii barionowej wpływa na proces zapadania się. Pokazujemy, że przyspieszy ona początek zapadania się. Ta cecha jest dokładnie tym, czego potrzebujemy, aby wyjaśnić pochodzenie supermasywnych czarnych dziur na początku Wszechświat. Wzajemne interakcje prowadzą również do lepkości, która może rozpraszać moment pędu centralnego halo. A to jeszcze bardziej pomaga w procesie rozpadu.

Zespół ma nadzieję, że przyszłe instrumenty, które są bardziej czułe, będą w stanie wskazać lokalizacje galaktyk wczesnego Wszechświata o zakresie jasności przekraczającym możliwości naszych obecnych teleskopów.

Powinno to pomóc w walidacji ich modelu, odkrycia, które nie tylko pomoże nam rozwiązać problem supermasywnych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie, ale także tajemniczej natury ciemnej materii.

Wyszukiwanie zostało opublikowane w Astrofizyczne listy z dziennika.