Co to jest ciemna materia? Jak właściwie pojawiają się supermasywne czarne dziury? Na to stare pytanie mogą odpowiedzieć pierwotne czarne dziury. Kosmolodzy z Leiden i Chin zidentyfikowali nowy sposób, w jaki te hipotetyczne obiekty mogą narodzić się natychmiast po Wielkim Wybuchu. Ich praca została opublikowana w Physical Review Letters.
Naukowcy stają przed wielkimi tajemnicami w swoich poszukiwaniach zrozumienia wszechświata. Na przykład gwiazdy poruszają się w galaktykach tak, jakby miały pięć razy większą masę niż widzimy. Co obejmuje ta ciemna materia? Jest jeszcze jedna tajemnica: galaktyki zasilają swoje jądra ogromnymi czarnymi dziurami o masie milionów mas Słońca. W młodych galaktykach zapadające się gwiazdy nie miałyby wystarczająco dużo czasu, aby się tak bardzo rozszerzyć. Jak więc powstały te supermasywne czarne dziury?
Pierwotne czarne dziury: długo oczekiwana odpowiedź?
Kosmolodzy wymyślili hipotetyczne rozwiązanie, które rozwiązałoby jedną z dwóch zagadek. Pierwotne czarne dziury, które pojawiły się wkrótce po Wielkim Wybuchu, mają zdolność pozostawania malutkimi lub szybkiego przyrostu masy. W pierwszym przypadku nadają się do roli ciemnej materii. W drugim przypadku mogą stać się nasionami supermasywnych czarnych dziur. Kosmolog Don-Gang Won z Uniwersytetu w Leiden i jego chińscy koledzy Yi-Fu Kai, Ji Tong i Sheng-Feng Yang z Uniwersytetu Chińskiego opisali nowy sposób, w jaki pierwotne czarne dziury mogą pojawiać się podczas Wielkiego Wybuchu.
Po Wielkim Wybuchu we wszechświecie występowały niewielkie zaburzenia gęstości spowodowane przypadkowymi fluktuacjami kwantowymi. Są wystarczająco duże, by tworzyć gwiazdy i galaktyki, ale zbyt małe, aby same mogły stać się pierwotnymi czarnymi dziurami. Vaughn i jego koledzy zidentyfikowali nowy efekt rezonansowy, który umożliwia powstawanie pierwotnych czarnych dziur poprzez selektywne wzmacnianie pewnych zaburzeń. Prowadzi to do przewidywania, że wszystkie pierwotne czarne dziury powinny mieć w przybliżeniu taką samą masę. Wąskie piki na rysunku pokazują zakres możliwych mas w wyniku rezonansu.
„Inne obliczenia inaczej zwiększają urazę, ale napotykają na problemy” - mówi Vaughn. „Używamy rezonansu podczas inflacji, kiedy wszechświat rósł wykładniczo tuż po Wielkim Wybuchu. Nasze obliczenia są wystarczająco proste w obsłudze. W rzeczywistości mechanizm może być bardziej skomplikowany, ale to przynajmniej początek”.
Film promocyjny:
Ilya Khel
