Man mano che acquisiamo una maggiore capacità di scavare sempre più in profondità nell’universo, abbiamo scoperto qualcosa di molto sorprendente: buchi neri Da milioni a miliardi di volte la massa del Sole, prima che l’universo raggiunga il 10% della sua età attuale.
Questo è piuttosto un puzzle cosmico. Dato quello che sappiamo sul tasso di crescita dei buchi neri, da allora non c’è stato abbastanza tempo la grande esplosione Quindi cresce molto grande. Ma la loro presenza è innegabile, quindi qualcosa di strano deve essere in atto.
Secondo una nuova ricerca, questa cosa potrebbe essere una delle cose più strane dell’universo: materia oscura.
Possiamo pensare a due ragioni [why the early Universe black holes are so massive], ” Il fisico e astronomo Hai Bo Yu dell’Università della California Riverside ha dichiarato:.
“Il seme – o ‘baby’ – il buco nero o è molto più grande, o sta crescendo molto più velocemente di quanto pensassimo, o entrambe le cose. La domanda quindi è quali sono i meccanismi fisici per produrre un buco nero sufficientemente massiccio o per ottenere un tasso di crescita abbastanza veloce?”
La materia oscura è uno dei più grandi misteri dell’universo. Non sappiamo cosa sia o di cosa sia fatto. L’unico modo in cui interagisce con la normale materia barionica nell’universo – queste sono le cose che compongono tutte le cose che possiamo vedere – è attraverso la gravità.
Poiché interagisce con la gravità, possiamo osservare gli effetti della gravità nell’universo, come la rotazione delle galassie e il modo in cui la luce si piega lungo un forte campo gravitazionale, e sottrarre l’effetto gravitazionale della materia ordinaria per determinare il contenuto di materia oscura. E ce n’è molto. Si stima che l’85% di tutta la materia dell’universo sia materia oscura.
La maggior parte delle galassie si trova in un alone di materia oscura. Si ritiene che sia vitale per la sua formazione. Un modello per la formazione di buchi neri supermassicci è il collasso diretto di una densa nube di gas. Yu ei suoi colleghi si sono chiesti se ci fosse un altro contributo.
“Questo meccanismo… non può produrre un buco nero abbastanza massiccio da ospitare buchi neri supermassicci appena osservati, a meno che il buco nero seme non abbia un tasso di crescita molto rapido”, Yu ha detto.
“Il nostro lavoro offre una spiegazione alternativa: l’alone di materia oscura auto-interagente sperimenta instabilità gravitazionale termica e la sua regione centrale collassa in un buco nero seme”.
Per quanto ne sappiamo finora, la materia oscura interagisce solo gravitazionalmente con la materia barionica, ma potrebbe essere in grado di interagire con se stessa.
Lo scenario del team inizia con una formazione simile a un alone di materia oscura, che si accumula per la forza di gravità nell’universo primordiale. L’attrazione gravitazionale interna compete con la spinta esterna di calore e pressione; Per la materia oscura non auto-interagente, le particelle che si condensano verso il centro della corona accelereranno sotto l’aumento della gravità e rimbalzeranno indietro sotto l’alta pressione, perché non sono in grado di trasferire la loro energia ad altre particelle.
Tuttavia, le particelle di materia oscura auto-interagenti sarebbero in grado di trasferire energia ad altre particelle, causando l’attrito del fluido di materia oscura rotante. Ciò farebbe rallentare le particelle, ridurre il momento angolare e restringere l’alone centrale in modo che alla fine collassi sotto la propria massa per formare un seme di buco nero.
Da questo punto in poi, il seme può crescere accumulando materia barionica, hanno detto i ricercatori. E sebbene un “seme” di materia oscura possa avere una massa abbastanza alta da consentire a un buco nero di crescere rapidamente, sono necessarie entrambe le forme di materia.
“In molte galassie, le loro regioni centrali sono dominate da stelle e gas”, Yu. ha spiegato.
“Quindi, è naturale chiedersi come la presenza di questa materia barionica influenzi il processo di collasso. Dimostriamo che accelererà l’inizio del collasso. Questa caratteristica è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno per spiegare l’origine dei buchi neri supermassicci nei primi universo. Le autointerazioni portano anche alla viscosità che può dissipare il momento angolare dell’alone centrale. E aiuta ancora di più con il processo di rottura. “
Il team spera che strumenti futuri, più sensibili, saranno in grado di localizzare le galassie dell’universo primordiale con una gamma di luminosità oltre le capacità dei nostri attuali telescopi.
Questo dovrebbe essere in grado di aiutare a convalidare il loro modello, una scoperta che non solo ci aiuterà a risolvere il problema dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, ma anche la misteriosa natura della materia oscura.
La ricerca è stata pubblicata in Lettere per riviste astrofisiche.
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