Gurile negre super-masive (SMBH) sunt greu de explicat. Se consideră că aceste singularități mari sunt în centrul fiecărei mari galaxii (Calea Lactee are una), dar prezența lor acolo sfidează uneori explicații ușoare. Din câte știm, găurile negre se formează atunci când stelele uriașe se prăbușesc. Dar această explicație nu se potrivește cu toate probele.
Teoria colapsului stelar face o treabă bună de a explica majoritatea găurilor negre. În această teorie, o stea de cel puțin cinci ori mai masivă decât Soarele nostru începe să rămână fără combustibil aproape de sfârșitul vieții sale. Întrucât presiunea exterioară a fuziunii nucleare a unei stele este ceea ce o susține împotriva gravitației interioare din propria masă, ceva trebuie să dea atunci când combustibilul rămâne.
Steaua suferă o explozie de hipernova, apoi se prăbușește de la sine. Ceea ce a mai rămas este o gaură neagră. Astrofizicienii cred că SMBH-urile încep astfel și cresc la dimensiunile lor enorme prin „alimentarea” esențială cu alte materii. Se umflă ca mărime și stau în centrul gravitației lor, ca un păianjen care se îngrășă în mijlocul pânzei sale.
Problema acestei explicații este că este nevoie de mult timp pentru a se întâmpla.
În Univers, oamenii de știință au observat SMBH-uri care sunt vechi. În martie a acestui an, un grup de astronomi a anunțat descoperirea a 83 de SMBH-uri care sunt atât de antice încât ne-au sfidat înțelegerea. În 2017, astronomii au descoperit o gaură neagră de masă solară de 800 de milioane care a fost complet formată la numai 690 de milioane de ani după Big Bang. Ei au apărut în zilele anterioare ale Universului, înainte să existe timp să se dezvolte în formele lor super-masive.
Multe dintre aceste SMBH sunt de miliarde de ori mai masive decât Soarele. Ei sunt la schimbări atât de mari, încât trebuie să fi fost formați în primii 800 de milioane de ani după Big Bang. Dar nu este suficient timp pentru ca modelul de colaps stelar să le explice. Întrebarea cu care se confruntă astrofizicienii este: cum au ajuns acele găuri negre atât de mari în atât de puțin timp?
O pereche de cercetători de la Western University din Ontario, Canada, cred că și-au dat seama. Au o nouă teorie numită „colaps direct” care explică aceste SMBH-uri incredibil de vechi.
Lucrarea lor este intitulată „Funcția de masă a găurilor negre supermasive în scenariul cu colaps direct” și este publicată în „Jurnalul Astrofizic Litere”. Autorii sunt Shantanu Basu și Arpan Das. Basu este un expert recunoscut în primele etape ale formării stelelor și evoluției discului protoplanetar. El este, de asemenea, profesor de astronomie la Western University. Das este, de asemenea, de la Departamentul de fizică și astronomie din Vest.
Teoria lor directă a colapsului spune că vechile găuri negre super-masive s-au format extrem de rapid în perioade foarte scurte de timp. Apoi brusc, au încetat să crească. Ei au dezvoltat un nou model matematic pentru a explica aceste găuri negre antice care se formează rapid. Ei spun că Limitul Eddington, care este un echilibru între forța radiativă exterioară a unei stele și forța gravitațională din interior, joacă un rol.
În aceste găuri negre cu colaps direct, Limita Eddington reglementează creșterea în masă, iar cercetătorii spun că aceste găuri negre antice pot depăși această limită cu o cantitate mică, în ceea ce numesc acreție super-Eddington. Apoi, din cauza radiațiilor produse de alte stele și a găurilor negre, producția lor s-a oprit.
„Găurile negre supermasive au avut doar o perioadă scurtă de timp în care au putut să crească rapid și apoi, la un moment dat, din cauza tuturor radiațiilor din univers create de alte găuri și stele negre, producția lor s-a oprit”, explică Basu în un comunicat de presă. „Acesta este scenariul de colaps direct.”
„Aceasta este o dovadă indirectă de observație conform căreia găurile negre provin din colaps direct și nu din resturi stelare”, a spus Basu.
Această nouă teorie oferă o explicație eficientă pentru ceea ce a fost o problemă spinoasă în astronomie de ceva timp. Basu consideră că aceste noi rezultate pot fi utilizate cu observații viitoare pentru a deduce istoria formării găurilor negre extrem de masive care există foarte devreme în universul nostru.
Surse:
- Comunicat de presă: Cercetătorii strălucesc asupra originii găurilor negre
- Document de cercetare: Funcția în masă a găurilor negre supermasive în scenariul cu colaps direct
- Revista spațială: Prea mare, Prea curând. Monstru Gaura Neagră văzut la scurt timp după Big Bang
- Universitatea Princeton: astronomii descoperă 83 de găuri negre super-masive din universul timpuriu
- Wikipedia: Eddington Luminosity (Limit)
