Kaip susiformavo supermasyvios juodosios skylės? Sunykusios tamsiosios medžiagos aureolės gali jas paaiškinti
Mes nelabai suprantame, kaip jaunoje visatoje taip greitai susiformavo pirmosios supermasyvios juodosios skylės. Taigi fizikų komanda siūlo radikalią idėją. Užuot formavusios juodąsias skyles per įprastą masinės mirties pradžios kelią, milžiniškos tamsiosios medžiagos aureolės tiesiogiai žlugo ir suformavo pirmųjų didžiųjų juodųjų skylių sėklas.
Atsiranda supermasyvios juodosios skylės (SMBH). Visatos istorijos pradžioje , praėjus vos keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Toks greitas pasirodymas kelia iššūkį įprastiems SMBH gimimo ir augimo modeliams, nes neatrodo, kad gali pakakti laiko, kad jie taip greitai išaugtų.
„Fizikai nesupranta, kodėl ankstyvosios visatos SMBH, esančios centriniuose tamsiosios medžiagos aureolių regionuose, per trumpą laiką taip masiškai išauga“, - sakė jis. Hai-Bo Yu , docentas fizika ir astronomija UC Riverside, kuris vadovavo a studijuoti SMBH formavimo, kuris pasirodė Astrophysical Journal Letters. „Tai tarsi 5 metų vaikas, kuris sveria, tarkime, 200 svarų. Toks vaikas mus visus nustebintų, nes žinome, koks yra tipiškas naujagimio svoris ir kaip greitai jis gali augti. Kalbant apie juodąsias skyles, fizikai turi bendrų lūkesčių dėl juodosios skylės sėklos masės ir jos augimo greičio. SMBH buvimas rodo, kad šie bendrieji lūkesčiai buvo pažeisti, todėl reikia naujų žinių. Ir tai jaudina.'
Taigi, užuot bandę suformuoti juodąsias skyles iš masyvių žvaigždžių mirties, o tada bandyti jas pasiekti sukaupti pakankamai medžiagos išaugti iki SMBH statuso, galbūt juos suformavo dar kažkas – tamsiosios medžiagos aureolės.
„Mūsų darbas pateikia alternatyvų paaiškinimą: savaime sąveikaujantis tamsiosios medžiagos aureolė patiria gravoterminį nestabilumą, o jo centrinė sritis subyra į sėklos juodąją skylę“, - sakė Yu.
Jau yra daug tamsiosios medžiagos ankstyvojoje visatoje. Ji sudaro daugiau nei 80% visos kosmose esančios medžiagos, o pirmosios galaktikos išaugo daug didesnių tamsiosios medžiagos gumulėlių arba aureolių viduje. Tačiau tam, kad tamsioji medžiaga pakankamai subyrėtų ir susidarytų juodosios skylės, ji turi sąveikauti su savimi. Tokiu būdu jis gali prarasti visą kinetinę energiją, gautą žlugdamas, todėl gali pasiekti pakankamai didelį tankį, kad sukeltų juodosios skylės susidarymą.
Kadangi ta juodoji skylė gimtų iš daug daugiau medžiagos nei žvaigždė, ji jau būtų pakeliui į supermasyvią.
„Mūsų scenarijaus pranašumas yra tas, kad juodosios skylės sėklos masė gali būti didelė, nes ji susidaro dėl tamsiosios medžiagos aureolės žlugimo“, - sakė Yu. „Taigi per palyginti trumpą laiką ji gali išaugti į supermasyvią juodąją skylę.
Šiame modelyje tamsiosios medžiagos aureolės neatlieka viso darbo. Barionai – normali medžiaga – taip pat padeda.
„Pirma, parodome, kad barionai, tokie kaip dujos ir žvaigždės, gali žymiai pagreitinti gravoterminio aureolės griūties pradžią, o juodoji skylė gali būti sukurta pakankamai anksti“, – sakė Yu magistrantas Wei-Xiang Feng. ir bendraautorius popieriuje. „Antra, parodome, kad savaiminė sąveika gali sukelti klampumą, kuris išsklaido centrinio aureolės kampinio momento likutį. Trečia, mes sukuriame metodą, leidžiantį ištirti sąlygą, sukeliančią bendrą reliatyvistinį žlugusio aureolės nestabilumą, kuris užtikrina, kad, jei sąlyga bus įvykdyta, gali susidaryti juodoji skylė.
„Daugelyje galaktikų centriniuose regionuose dominuoja žvaigždės ir dujos“, – sakė Yu. „Todėl natūralu klausti, kaip šios barioninės medžiagos buvimas veikia žlugimo procesą. Mes parodome, kad tai pagreitins žlugimo pradžią. Ši savybė yra būtent tai, ko mums reikia norint paaiškinti supermasyvių juodųjų skylių atsiradimą ankstyvojoje visatoje. Savarankiška sąveika taip pat lemia klampumą, kuris gali išsklaidyti centrinės aureolės kampinį impulsą ir toliau padėti žlugimo procesui.
