Da li je tamna materija ključ nastanka supermasivnih crnih rupa u ranom svemiru?

Naučnici istražuju jednu od tek otkrivenih misterija

Svemirski teleskop Džejms Veb (JWST) nastavlja da fascinira astronome svojim otkrićima, a jedno od najintrigantnijih je otkriće supermasivnih crnih rupa (SMBH) u ranom svemiru, u periodu kada je svemir bio star samo 500.000 godina, piše Universe today.

Ove crne rupe, koje su pronađene u aktivnim galaktičkim jezgrima, predstavljaju pravu misteriju za naučnike, jer se nalaze mnogo pre nego što se verovalo da bi mogle postojati. Pitanje koje se nameće je kako su ove čudovišne crne rupe, koje obično zahtevaju milijarde godina da narastu do svoje veličine, mogle da se formiraju u tako ranoj fazi kosmičke istorije?

Preporučujemo

Crne rupe u srcima galaksija, kao što je ona u središtu Mlečnog puta koja ima masu od četiri miliona sunčevih masa, obično zahtevaju dug vremenski period i ogromnu količinu materijala da bi dostigle svoju veličinu. One mogu započeti kao manje crne rupe koje proždiru obližnje zvezde i gasove ili mogu rasti spajanjem sa drugim supermasivnim crnim rupama. Ovaj proces obično traje milijardama godina. Međutim, JWST je otkrio mnoge SMBH koje su već bile masivne manje od milijardu godina nakon Velikog praska, što je izazvalo šok u naučnoj zajednici.

- Koliko je iznenađujuće pronaći supermasivnu crnu rupu sa milijardu sunčevih masa kada je sam svemir star samo pola milijarde godina. To je kao da pronađete moderan automobil među dinosaurusovim kostima i pitate se ko je napravio taj automobil u praistorijskim vremenima - kaže astrofizičar Aleksandar Kusenko, profesor fizike i astronomije na UCLA.

Jedna od najistaknutijih teorija koja objašnjava kako su se ove supermasivne crne rupe formirale tako rano jeste povezanost sa tamnom materijom, misterioznom supstancom koja čini oko 27% mase i energije u svemiru. Iako ne emituje svetlost i ne može se direktno posmatrati, njeno prisustvo je potvrđeno kroz gravitacione efekte koje ima na vidljive objekte, poput zvezda i galaksija. Kusenko i njegovi saradnici istražili su mogućnost da tamna materija igra ključnu ulogu u stvaranju SMBH. Naime, tamna materija, koja čini veliki deo svemira, mogla bi biti odgovorna za „ograničavanje“ oblaka vodonika, sprečavajući njihovu fragmentaciju. Ova stabilnost oblaka mogla je omogućiti brzu formaciju supermasivnih crnih rupa.

U svojim istraživanjima, Kusenko i tim naučnika su otkrili da raspad tamne materije može emitovati zračenje koje bi moglo pomoći u stvaranju supermasivnih crnih rupa. Ovo zračenje bi moglo sprečiti hlađenje oblaka vodonika, što bi zauzvrat omogućilo stvaranje velikih oblaka koji bi se kasnije urušili u supermasivnu crnu rupu.

Proces stvaranja SMBH putem tamne materije zahteva veoma specifične uslove.

- Koliko brzo se gas hladi ima mnogo veze sa količinom molekularnog vodonika. Atomi vodonika vezani u molekul disipiraju energiju kada naiđu na slobodni atom vodonika. Molekuli vodonika postaju agensi hlađenja dok apsorbuju toplotnu energiju i zrače je. Oblaci vodonika u ranom svemiru imali su previše molekularnog vodonika, i gas se brzo hladio i formirao male halo-strukture umesto velikih oblaka – objašnjava Jifan Lu, prvi autor rada koji opisuje ovu teoriju.

Kada se određenim zračenjem uništi molekularni vodonik, stvoreni su uslovi koji sprečavaju fragmentaciju oblaka, omogućavajući im da postanu dovoljno masivni za stvaranje SMBH. Lu i njegovi saradnici predlažu da bi raspadajuće čestice tamne materije mogle emitovati zračenje koje podstiče ovaj proces.

Iako je ova teorija još uvek u fazi istraživanja i nije definitivno dokazana, tim ističe da raspad tamne materije može emitovati svetlost u optičkom i ultraljubičastom spektru, što bi moglo objasniti veoma precizna merenja „kosmičke optičke pozadine“ (COB) koju je otkrio instrument LORRI na sondi New Horizons. COB je vidljiva svetlost koja potiče izvan Mlečne staze i predstavlja zbir svih emisija objekata u svemiru. Njeno proučavanje omogućava astronomima da bolje razumeju emisije svih astrofizičkih objekata.

Zaključak ovog istraživanja otvara nova pitanja i postavlja izazove za buduća istraživanja. Ukoliko se teorija potvrdi, ona bi mogla unaprediti naše razumevanje ranog svemira i nastanka supermasivnih crnih rupa. Tamna materija, koja i dalje ostaje jedna od najvećih misterija u astrofizici, možda krije ključ za razumevanje najranijih faza evolucije kosmosa.

(Telegraf Nauka / Universe today)