Jadrom záhady je, prečo sa niektoré čierne diery tak rýchlo zväčšili.
Vesmír je domovom záhadných obrov – čiernych dier, ktoré sa zväčšili a zväčšili rýchlejšie, než vedci očakávajú. Formovanie týchto monštier môže mať spoločný koreň s ďalšou kozmickou záhadou, temnou hmotou, podľa a nedávna štúdia.
Astrofyzici vedia, že násilné úmrtia hviezd môžu vytvoriť čierne diery, ktorých hmotnosť je zvyčajne desaťkrát väčšia ako hmotnosť Slnka. Astronómovia však videli čierne diery, ktoré majú hmotnosť miliárd Slnka, hovorí Hooman Davoudiasl, teoretický časticový fyzik z Brookhaven National Laboratory v New Yorku a autor štúdie publikovanej minulý mesiac v r. Fyzické prehľadové listy. A čo viac, existujú dôkazy, že títo „obri“ existujú od prvej miliardy rokov histórie vesmíru.
Hoci čierne diery časom rastú absorbovaním hviezd alebo vzájomným kombinovaním, vedci si nie sú istí, ako niektoré z najväčších Čierne diery mohli zjesť toľko hviezd, aby dosiahli svoju veľkosť tak rýchlo, zhruba v rámci prvých 10 percent vesmíru. histórie.
Jedným z možných vysvetlení je, že tieto čierne diery sú prvotné, čo znamená, že vznikli v ranom vesmíre a predchádzali vzniku prvých hviezd, hovorí Davoudiasl. Vtedy bol vesmír oveľa teplejší a hustejší – približne o teplote slnečného jadra.
To, že raný vesmír prešiel rýchlou zmenou, je kľúčom k teórii skupiny, hovorí Júlia Gehrleinová, fyzik z Brookhaven National Laboratory a ďalší autor štúdie.
Táto zmena, ktorú nazývajú fázový prechod, spôsobila, že najhustejšie oblasti v ranom vesmíre sa zrútili do čiernych dier. Je to trochu ako fázové prechody, ktoré vidíme v stavoch hmoty - napríklad kvapalná voda sa stáva plynom, hovorí Gehrlein. "Voda sa správa inak pred a po fázovom prechode," hovorí, a to isté platí pre častice v ranom vesmíre.
Tento prechod by bol „turbulentnou, násilnou udalosťou“, ktorá by mohla vytvoriť gravitačné vlny, hovorí Davoudiasl.
Stalo by sa to v tom, čo vedci nazývajú „temný sektor“, teda medzi temnou hmotou a inými časticami, ktoré nemôžeme pozorovať priamo. Tmavý sektor znamená čokoľvek mimo „štandardných modelových častíc, ktoré poznáme“, ktoré tvoria atómy, hovorí Gehrlein.
[Súvisiace: Stále sme v tme o kľúčovom paradoxe čiernej diery]
Či a ako došlo k prvotnej tvorbe čiernych dier, je medzi vedcami trochu sporné. Fázový prechod by umožnil, aby sa niektoré husté vrecká vesmíru zrútili do prvotných supermasívnych čiernych dier, hovorí Gehrlein. Iné skupiny študovali dôsledky tohto druhu prechodu, ale táto štúdia je prvá, ktorá týmto spôsobom spája supermasívne čierne diery a temnú hmotu, hovorí.
"Mohli by sme spojiť hmotnosť nášho kandidáta na temnú hmotu a hmotnosť týchto čiernych dier, pretože obe závisia od teploty, pri ktorej k tomuto prechodu dochádza, " hovorí Gehrlein. Teplota na úrovni jadra nášho slnka funguje dobre s teóriou tvorby ultraľahkej tmavej hmoty a prvotných čiernych dier.
Medzitým mohol fázový prechod viesť aj k existencii ultraľahkej tmavej hmoty častice – častice, ktoré by boli len nepatrným zlomkom hmotnosti neutrína, ktoré je najľahšie známa častica.
Je možné, že záhada okolo rastu čiernych dier a prečo máme temnú hmotu sú „dve strany tej istej mince,“ hovorí Davoudiasl. Ak „táto udalosť, tento fázový prechod, ku ktorému došlo pri tejto teplote, viedol k vzniku tejto supermasívnej čiernej diery,“ hovorí, by to „poskytlo tie správne ingrediencie“ na vytvorenie ultraľahkých častíc tmavej hmoty, tiež.
Vznik supermasívnych čiernych dier a povaha temnej hmoty „patria k najnaliehavejším otvoreným otázkam súčasnej astronómie a fyziky,“ hovorí. Tanja Rindler-Daller, astronóm z Viedenskej univerzity, ktorý sa na štúdii nezúčastnil.
„Každý model, ktorý dokáže presvedčivo vysvetliť oboje naraz, by bol určite revolučný,“ hovorí Rindler-Daller.
Výskumníci môžu hľadať znaky na potvrdenie alebo vyvrátenie teórie dvoma hlavnými spôsobmi, hovorí Gehrlein. Môžu sa pokúsiť zistiť, či existuje ultraľahká temná hmota, a to štúdiom vplyvu častíc na astrofyziku galaxií. Je tiež možné, že výskumníci mohli merať gravitačné vlny produkované počas raného vesmíru. Použitie budúcich detektorov – na iných frekvenciách, ako sú tie, ktoré deteguje pokročilý laserový interferometer Výskumníci z Gravitational-Wave Observatory alebo LIGO by mohli zahliadnuť vlny z týchto turbulentných časov vesmír.