Οι Super-Massive Black Holes (SMBH) είναι δύσκολο να εξηγηθούν. Αυτές οι γιγαντιαίες ιδιαιτερότητες πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο κάθε μεγάλου γαλαξία (ο Γαλαξίας μας έχει έναν), αλλά η παρουσία τους εκεί μερικές φορές αψηφά την εύκολη εξήγηση. Από όσο γνωρίζουμε, οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν καταρρέουν τεράστια αστέρια. Αλλά αυτή η εξήγηση δεν ταιριάζει σε όλα τα στοιχεία.
Η θεωρία της αστρικής κατάρρευσης κάνει καλή δουλειά να εξηγήσει τις περισσότερες μαύρες τρύπες. Σε αυτήν τη θεωρία, ένα αστέρι τουλάχιστον πέντε φορές πιο ογκώδες από τον Ήλιο μας αρχίζει να εξαντλείται από καύσιμα κοντά στο τέλος της ζωής του. Δεδομένου ότι η εξωτερική πίεση της πυρηνικής σύντηξης ενός αστεριού είναι αυτό που το υποστηρίζει ενάντια στην εσωτερική βαρύτητα από τη δική του μάζα, κάτι πρέπει να δώσει όταν εξαντληθεί το καύσιμο.
Το αστέρι υφίσταται έκρηξη υπερννόβα και στη συνέχεια καταρρέει. Αυτό που μένει είναι μια μαύρη τρύπα. Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι οι SMBH ξεκινούν με αυτόν τον τρόπο, και μεγαλώνουν στα τεράστια μεγέθη τους ουσιαστικά «τροφοδοτώντας» άλλα θέματα. Διογκώνονται σε μέγεθος και κάθονται στο κέντρο του βάρους τους σαν μια αράχνη που παχύνεται στο μέσο του ιστού της.
Το πρόβλημα με αυτήν την εξήγηση είναι ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να συμβεί.
Εκεί έξω στο Σύμπαν, οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει SMBHs που είναι αρχαία. Τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους μια ομάδα αστρονόμων ανακοίνωσε την ανακάλυψη 83 SMBH που είναι τόσο αρχαία που αψηφούσαν την κατανόησή μας. Το 2017 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν 800 εκατομμύρια μαύρη τρύπα ηλιακής μάζας που σχηματίστηκε πλήρως μόλις 690 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Δημιουργήθηκαν τις πρώτες μέρες του Σύμπαντος, προτού να υπάρξει χρόνος να εξελιχθούν στις υπερ-τεράστιες μορφές τους.
Πολλά από αυτά τα SMBH είναι δισεκατομμύρια φορές πιο ογκώδη από τον Ήλιο. Βρίσκονται σε τόσο υψηλές κόκκινες αλλαγές, που πρέπει να έχουν σχηματιστεί τα πρώτα 800 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Αλλά δεν είναι αρκετός χρόνος για να το εξηγήσει το αστρικό μοντέλο κατάρρευσης. Το ερώτημα που αντιμετωπίζουν οι αστροφυσικοί είναι, πώς αυτές οι μαύρες τρύπες έγιναν τόσο μεγάλες σε τόσο λίγο χρόνο;
Ένα ζευγάρι ερευνητών στο Δυτικό Πανεπιστήμιο του Οντάριο του Καναδά πιστεύουν ότι το έχουν καταλάβει. Έχουν μια νέα θεωρία που ονομάζεται «άμεση κατάρρευση» που εξηγεί αυτά τα απίστευτα αρχαία SMBH.
Η εφημερίδα τους έχει τον τίτλο «Η μαζική λειτουργία των υπερμεγέθων μαύρων οπών στο σενάριο άμεσης κατάρρευσης» και δημοσιεύεται στο The Astrophysical Journal Letters. Οι συγγραφείς είναι οι Shantanu Basu και Arpan Das. Ο Basu είναι ένας αναγνωρισμένος εμπειρογνώμονας στα πρώτα στάδια του σχηματισμού άστρων και της εξέλιξης του πρωτοπλανητικού δίσκου. Είναι επίσης καθηγητής αστρονομίας στο Western University. Ο Das είναι επίσης από το Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας της Δυτικής.
Η θεωρία της άμεσης κατάρρευσης λέει ότι οι αρχαίες υπερ-ογκώδεις μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν εξαιρετικά γρήγορα σε πολύ σύντομες χρονικές περιόδους. Τότε ξαφνικά, σταμάτησαν να μεγαλώνουν. Ανέπτυξαν ένα νέο μαθηματικό μοντέλο για να εξηγήσουν αυτές τις ταχέως σχηματιζόμενες, αρχαίες μαύρες τρύπες. Λένε ότι το όριο Eddington, το οποίο είναι μια ισορροπία μεταξύ της εξωτερικής ακτινοβολητικής δύναμης ενός αστεριού και της δύναμης της βαρύτητας προς τα μέσα, παίζει ρόλο.
Σε αυτές τις μαύρες τρύπες άμεσης κατάρρευσης, το όριο του Eddington ρυθμίζει τη μαζική ανάπτυξη και οι ερευνητές λένε ότι αυτές οι αρχαίες μαύρες τρύπες μπορούν ακόμη και να ξεπεράσουν αυτό το όριο κατά ένα μικρό ποσό, σε αυτό που αποκαλούν αύξηση του Eddington. Στη συνέχεια, λόγω της ακτινοβολίας που παράγεται από άλλα αστέρια και τις μαύρες τρύπες, η παραγωγή τους σταμάτησε.
"Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είχαν μόνο μια μικρή χρονική περίοδο όπου μπόρεσαν να αναπτυχθούν γρήγορα και, σε κάποιο σημείο, λόγω της ακτινοβολίας στο σύμπαν που δημιουργήθηκε από άλλες μαύρες τρύπες και αστέρια, η παραγωγή τους σταμάτησε", εξηγεί ο Basu στο δελτίο τύπου. "Αυτό είναι το σενάριο άμεσης κατάρρευσης."
«Αυτή είναι έμμεση παρατήρηση ότι οι μαύρες τρύπες προέρχονται από άμεσες καταρρεύσεις και όχι από αστρικά υπολείμματα», δήλωσε ο Basu.
Αυτή η νέα θεωρία παρέχει μια αποτελεσματική εξήγηση για αυτό που υπήρξε ένα ακανθώδες ζήτημα στην αστρονομία εδώ και αρκετό καιρό. Ο Basu πιστεύει ότι αυτά τα νέα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με μελλοντικές παρατηρήσεις για να συναχθεί το ιστορικό σχηματισμού των εξαιρετικά μαζικών μαύρων τρυπών που υπάρχουν πολύ νωρίς στο σύμπαν μας.
Πηγές:
- Δελτίο Τύπου: Οι ερευνητές φωτίζουν την προέλευση της μαύρης τρύπας
- Ερευνητικό έγγραφο: Η μαζική λειτουργία των υπερμεγέθων μαύρων οπών στο σενάριο άμεσης κατάρρευσης
- Space Magazine: Πάρα πολύ μεγάλο, πολύ σύντομα. Το Monster Black Hole είδε λίγο μετά το Big Bang
- Πανεπιστήμιο Princeton: Οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν 83 υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Όριο)
