Cum construiești un gigant gaură neagră în universul timpuriu? Începeți cu exploziile multor micuți, propune un nou studiu preprinter contraintuitiv.
Numeroase observații, în special cu Telescopul spațial James Webb (JWST), au dezvăluit dovezi clare că tânărul univers a fost populat de găuri negre incredibil de masive. Deși astronomii nu pot vedea găurile negre în mod direct, ei observă quasari – obiecte ultraluminoase alimentate de găuri negre supermasive. Când materialul cade pe o astfel de gaură neagră uriașă, materialul se comprimă și se încălzește, eliberând o cantitate enormă de energie. Într-adevăr, quasarii sunt cele mai puternice motoare din întregul univers, capabile să eclipseze mii de galaxii simultan și să reziste milioane de ani.
Astronomii pot vedea aceste faruri cosmice gigantice din tot universul, inclusiv în primele perioade ale formării stelelor și galaxiilor. Cel mai vechi quasar cunoscut a existat când universul nostru avea doar câteva sute de milioane de ani. Existența vechilor quasari înseamnă că trebuie să existe și găurile negre supermasive, dar această idee reprezintă o provocare pentru înțelegerea noastră actuală a creșterii galaxiilor. Din câte știm, singura modalitate de a face găuri negre este prin moartea stelelor masive. Dar acestea lasă în urmă găuri negre cu mase de doar câteva ori mai mari decât cele ale soarelui. Pentru a face un quasar, o gaură neagră trebuie să fie de cel puțin câteva milioane de ori masa soarelui.
Dar quasarii apar atât de devreme în înregistrarea cosmică, încât nu este suficient timp pentru ca primele stele să se nască și să moară, iar apoi să permită găurilor lor negre rămase să fuzioneze și să acumuleze gaz pentru a ajunge la un statut supermasiv.
Pentru a naviga în această ghicitoare, o echipă de astronomi de la UCLA și de la Universitatea din Tokyo propune că, probabil, micile găuri negre au ajutat procesul. Cercetările lor apar în baza de date preprint arXivdar nu a fost încă trimis pentru evaluare inter pares.
O modalitate potențială de a construi găuri negre gigantice în universul timpuriu este să omiteți întregul bit de formare a stelelor și să permiteți doar norilor uriași de hidrogen gazos să se prăbușească singuri direct într-o gaură neagră. Pentru a face un nor gigant de hidrogen să se prăbușească, trebuie să scapi de căldura lui. Dar hidrogenul rece are un obicei enervant de a se transforma din atomi de hidrogen liberi în molecule de hidrogen biatomic.
Moleculele de hidrogen sunt foarte bune să se răcească prin emiterea de radiații. Prea bine, de fapt. În scenariul tradițional, înainte ca norul atomic de hidrogen să aibă șansa de a se prăbuși într-o gaură neagră singulară, se fragmentează în multe buzunare mai mici de hidrogen molecular, fiecare dintre acestea se prăbușește, formând în schimb o grămadă de stele.
Trucul este să faci norul gigant de hidrogen să se răcească – dar nu atât de repede încât totul să devină o singură gaură neagră supermasivă. Acolo vin în ajutor micile găuri negre, teoretizează noul studiu.
Fizica universului timpuriu în primele câteva secunde ale Big bang sunt atât de intense încât este posibil ca cosmosul să fi produs direct nenumărate mici găuri negre care s-au format prin spuma spumoasă și clocotită care era spațiu-timp însuși. Totuși, aceste mici găuri negre nu trăiesc pentru totdeauna; se evaporă prin emisia de Radiația Hawkingși probabil doar o mică parte dintre ele au supraviețuit până în zilele noastre.
Dar în acea epocă timpurie a universului, primele stele, galaxii și găuri negre s-ar putea să fi fost mult mai abundente. Pe măsură ce s-au evaporat, au emis radiații, iar cercetătorii au descoperit că aceste mici găuri negre ar putea elibera exact cantitatea potrivită de căldură pentru a împiedica fragmentarea unui nor gigant de gaz în aglomerări moleculare de hidrogen, permițând astfel norului să se prăbușească încet și constant într-un singur gaură neagră uriașă.
Acest rezultat este interesant deoarece nu invocă forme și mai exotice de eliberare de energie sau adăugarea de noi forțe ale naturii. De asemenea, arată cum chiar și fizica relativ simplă poate interacționa în moduri ciudate și nefamiliare în universul timpuriu.
Cercetătorii speră să continue studiul lor preliminar cu o simulare mai cuprinzătoare, pentru a vedea dacă modelul lor poate produce abundența corectă de găuri negre gigantice în universul timpuriu și pentru a căuta indicii de observație pe care telescoape precum JWST le-ar putea folosi pentru a valida această idee. .