Primordijalne crne rupe možda su bile okidač za rođenje prvih zvijezda u svemiru

U doba kad svemir još nije poznavao svjetlost, u vremenu prije nastanka galaksija i planeta, prostorom su vladale nevidljive sile. Među njima, možda i ključna: crne rupe nastale neposredno nakon Velikog praska. Nova simulacija američkih znanstvenika sugerira da su upravo te primordijalne crne rupe odigrale presudnu ulogu u stvaranju prvih zvijezda.

Nevidljiva masa, vidljivi tragovi

Tamna tvar, i dalje jedan od najvećih misterija suvremene fizike, čini oko 85% sveukupne mase svemira, ali se ne može izravno detektirati. Ono što znamo proizlazi iz njezinih gravitacijskih učinaka. Među brojnim teorijama o njezinoj prirodi, primordijalne crne rupe — objekti nastali u prvim sekundama postojanja svemira — sve se češće spominju kao ozbiljan kandidat.

Znanstvenici sa Sveučilišta Kalifornija u Santa Cruzu — Julia Monika Koulen, Stefano Profumo i Nolan Smyth — proveli su niz računalnih simulacija kako bi testirali tu hipotezu. U središtu istraživanja bilo je pitanje: mogu li primordijalne crne rupe objasniti način na koji su se prve zvijezde formirale unutar gustih oblaka tamne tvari, poznatih kao minihaloi?

Rađanje svjetlosti u tami

Teoretski, prve zvijezde — tzv. zvijezde populacije III — nastale su unutar regija visoke gustoće, gdje se plin mogao ohladiti, sabiti i zapaliti fuzijsku reakciju. No, bez ikakvih “metala” (elemenata težih od helija), njihov nastanak bio je drugačiji od zvijezda kakve poznajemo danas.

Simulacije su koristile standardni ΛCDM model kozmologije, ali i dodatne module poput GRACKLE-a za hlađenje plina te GIZMO softver za dinamiku fluida i gravitacijsko ponašanje velikog broja čestica. U tim uvjetima, autori su testirali kako bi prisutnost primordijalnih crnih rupa promijenila dinamiku formiranja zvijezda.

Dvostruka priroda crnih rupa

Rezultati sugeriraju dvostruki scenarij, ovisno o masi i brojnosti crnih rupa.

Masivne crne rupe, teže od stotinu masa Sunca, potiču stvaranje zvijezda. Pojačavaju lokalne gustoće i ubrzavaju gravitacijski kolaps plina, stvarajući uvjete za rani početak zvjezdanog formiranja. Takav scenarij značio bi da su prve zvijezde nastale puno ranije nego što se trenutačno pretpostavlja — predviđanje koje se može testirati budućim promatranjima.

S druge strane, manje crne rupe — desetak solarnih masa — imaju složeniji učinak. Ako su rijetke, djeluju destabilizirajuće: njihovo gravitacijsko djelovanje zagrijava okolni plin, otežavajući njegovo sabijanje i time usporavajući stvaranje zvijezda. No, ako su brojne, njihov zajednički gravitacijski utjecaj — poznat kao Poissonov efekt — ponovno dovodi do pojačanog formiranja minihaloa i ubrzanog zvjezdanog rođenja.

Teorija spremna za testiranje

Prednost ovakvog pristupa je u njegovoj provjerljivosti. Ako Svemirski teleskopi poput Jamesa Webba ili budući radio-opservatoriji, poput SKA (Square Kilometre Array), otkriju da su se prve zvijezde pojavile znatno ranije, to bi bio snažan argument u korist masivnih primordijalnih crnih rupa. Kasniji nastanak zvijezda, pak, podržao bi scenarij s rijetkim manjim crnim rupama koje koče proces hlađenja plina.

Za konačne odgovore trebat će još strpljenja — i preciznih podataka. No ovakve simulacije pokazuju kako čak i teorije koje zvuče egzotično mogu postati konkretan alat za istraživanje najranijih trenutaka našeg svemira.