Rájöhettek, hogy a legősibb fekete lyukak hogyan nőhettek olyan gyorsan

Egy új kutatás lehetséges magyarázatot kínál arra a kérdésre, hogy hogyan nőhettek ilyen gyorsan hatalmasra a szupermasszív fekete lyukak a korai univerzumban.

A kutatók egy új fizikai modellt dolgoztak ki, amely szerint ezek az objektumok a sötét anyag egy speciális formájának gravitációs összeomlásával alakulhattak ki. A sötét anyag az univerzum egyik legnagyobb rejtélye, mivel közvetlenül nem figyelhető meg, és kizárólag gravitációs kölcsönhatás útján hat a látható anyagra. Bár a galaxisok szerkezetének kialakulásában kulcsszerepet játszik, pontos természete továbbra sem ismert, derül ki a Live Science beszámolójából.

A hagyományos kozmológiai modellek szerint a sötét anyag csak gravitációval lép kölcsönhatásba, ez azonban nem magyarázza meg, hogyan létezhettek már az ősrobbanás után 800 millió évvel olyan kvazárok, amelyeket több milliárd naptömegű fekete lyukak táplálnak. A jelenlegi elméletek szerint a fekete lyukak növekedése gázbefogással és kisebb fekete lyukakkal vagy galaxisokkal való ütközésekkel történik. Ezek a folyamatok azonban nem elegendően gyorsak ahhoz, hogy megmagyarázzák a korai univerzumban megfigyelt szupermasszív fekete lyukak hatalmas tömegét.

Kvazár. Forrás: Flickr / NASA Goddard Space Flight Center

BEZÁRÁS

A kutatócsoport ezért egy új lehetőséget vetett fel, a sötét anyag egy speciális alcsoportját, az úgynevezett ultra-önkölcsönható sötét anyagot (Self-Interacting Dark Matter). Az elmélet szerint ez az összes sötét anyag kevesebb mint 10%-át tette ki a korai univerzumban, azonban a szokásos sötét anyaggal ellentétben erős önkölcsönhatásokat mutatott. Ez azt jelenti, hogy a részecskék sokkal gyakrabban ütköztek egymással, ami lehetővé tette, hogy a galaxisok középpontjaiban sűrű magok alakuljanak ki, amelyek végül összeomolhattak és fekete lyukká váltak.

Grant Roberts, a Kaliforniai Egyetem doktorandusza szerint „az önkölcsönhatások szükségesek, mert a sötét anyag részecskéinek valamilyen módon ütközniük kell egymással, ráadásul sokkal erősebben, mint pusztán a gravitációs kölcsönhatások révén. Ez az ütközési folyamat teszi lehetővé, hogy a sötét anyag sűrűsödjön a galaxisok belső régióiban, majd összeomoljon és fekete lyukakat képezzen.” A modell szerint, ha ez a folyamat egy galaxis fejlődésének korai szakaszában lezajlott, az így kialakult fekete lyukak hagyományos folyamatokon keresztül tovább növekedhettek. A szokásos fekete lyukképződési modellekkel szemben így sokkal gyorsabban növekedhettek, miközben összhangban maradnak más asztrofizikai megfigyelésekkel.

A kutatók három, tömegük és életkoruk szempontjából jól ismert kvazárt vizsgáltak, amelyeket a James Webb űrtávcső (JWST) mellett számos más rendszerrel is megfigyeltek. Ezen objektumok adatai segítettek a modell kalibrálásában, és az eredmények azt mutatták, hogy az ultra-önkölcsönható sötét anyag koncepciója pontosan reprodukálja a megfigyelt fekete lyukak paramétereit. Roberts szerint a modelljüket az teszi egyedivé, hogy közvetlenül meghatározhatják az önkölcsönhatás erősségét, valamint azt is, hogy a sötét anyag mekkora hányadának kellett ilyen tulajdonságokkal rendelkeznie.

Az elmélet egyik legizgalmasabb aspektusa, hogy konkrét, megfigyelhető előrejelzéseket tesz. A modell szerint az univerzumban létezniük kell köztes tömegű fekete lyukaknak a törpegalaxisokban, amelyek kisebbek, mint például a Tejútrendszer. Ha a csillagászok képesek lesznek megmérni ezen objektumok a tömegét és eloszlását, az közvetlen bizonyítékot szolgáltathat az új elméletre. A kutatás rámutat arra is, hogy a Webb további megfigyelései segíthetnek finomítani az elmélet paramétereit. Ahogy egyre távolabbi és ősibb szupermasszív fekete lyukakat fedeznek fel, úgy lesz egyre pontosabb a feketelyuk-képződés időbeli kerete és az ultra-önkölcsönható sötét anyag modelljének részletei.

Roberts szerint minél több ősi fekete lyukat talál a James Webb, annál szigorúbb korlátokat szabhatnak a modell paramétereire. „Kíváncsian várjuk, hogyan befolyásolják ezek az új eredmények a köztes tömegű fekete lyukak tömegére és elterjedésére vonatkozó előrejelzéseinket.”

Érdemes elolvasni:

• A Hold óriási, lenyűgöző képződményei kevesebb, mint 15 perc alatt jöttek létre
• Évmilliárdokkal ezelőtt a Szaturnusz megmentette a Naprendszer belső bolygóit a biztos haláltól
• Szimulálták, milyen lenne, ha a legveszélyesebb aszteroida becsapódna a Földbe