Manje od milijardu godina nakon Velikog praska svemir je već sadržavao crne rupe mase i do milijardu Sunaca, a to je jedno od pitanja koje standardni modeli njihova nastanka još ne objašnjavaju uvjerljivo. Novo istraživanje sugerira da bi važan dio odgovora mogla skrivati tamna tvar, točnije energija oslobođena njezinim raspadom.
Rad koji vodi Yash Aggarwal sa Sveučilišta Kalifornija u Riversideu pokazuje da bi takav proces mogao promijeniti kemiju plina u najranijim galaksijama toliko da se neke od njih ne razviju kroz uobičajeno stvaranje zvijezda, nego izravno urušavaju u crne rupe.
Problem koji James Webb stalno vraća u fokus
Pitanje ranih supermasivnih crnih rupa posljednjih je godina postalo još neugodnije za teoriju. NASA-in svemirski teleskop James Webb nastavlja otkrivati neobično velike crne rupe u vrlo ranom svemiru, među objektima koji su nastali prerano da bi, prema uobičajenoj slici, stigli narasti do takvih masa.
Jedno od mogućih objašnjenja već postoji u astrofizici: golemi oblaci plina u nekim bi se uvjetima mogli izravno urušiti u crnu rupu, bez uobičajene faze stvaranja zvijezda. No takav se scenarij dosad smatrao rijetkim jer je zahtijevao vrlo specifičan splet okolnosti, primjerice prisutnost obližnjih zvijezda čije bi zračenje na točno određen način djelovalo na plin iz kojeg zvijezde tek trebaju nastati.
Novo istraživanje predlaže drukčiji put prema istom ishodu, i to preko sastojka koji ionako dominira svemirom, ali ga i dalje ne razumijemo.
Tamna tvar čini oko 85 posto sve tvari u svemiru i presudna je za oblikovanje galaksija, ali njezina priroda ostaje nepoznata. Aggarwalov tim ispitao je što bi se dogodilo kada bi se dio čestica tamne tvari raspadao i pritom u okolni plin otpuštao vrlo malu količinu energije.
Prema njihovim izračunima, i iznimno slab unos energije mogao bi imati velik učinak. Dovoljna bi bila količina usporediva s milijarditim bilijuntim dijelom energije jedne AA baterije po raspadu čestice da se promijeni termo-kemijska evolucija plina u ranim galaksijama.
Upravo je to ključno. Prve galaksije bile su u osnovi kugle gotovo čistog vodika, a takav je plin izrazito osjetljiv na sitne energetske poremećaje na atomskoj razini. Ako se njegova kemija promijeni u pravom smjeru, uvjeti za nastanak zvijezda mogu biti potisnuti, a izravni kolaps u crnu rupu postati znatno vjerojatniji.
Trag u raspadu aksiona
Istraživači su modelirali termo-kemijsku dinamiku plina u prisutnosti raspadajućih aksiona, jedne od kandidatskih čestica tamne tvari.
Pokazali su da bi određeni raspon masa tamne tvari, između 24 i 27 elektronvolta, mogao stvoriti uvjete za nastanak crnih rupa izravnim urušavanjem plina.
Time se mijenja i šira slika. Proces za koji se mislilo da ovisi o rijetkoj kozmičkoj slučajnosti, prema ovom modelu, mogao bi biti mnogo češći ako je okruženje dovoljno bogato odgovarajućom vrstom tamne tvari i njezina raspada.
Flip Tanedo, suautor rada i profesor fizike i astronomije na istom sveučilištu, ističe da su prve galaksije iznimno osjetljivi prirodni laboratoriji. U tom smislu, upravo bi supermasivne crne rupe koje danas promatramo mogle biti posredan trag procesa koje bismo inače teško ikada izravno detektirali.
Autori ne tvrde da je zagonetka riješena, ali nude mehanizam koji izravni kolaps prestaje prikazivati kao gotovo nevjerojatan slijed okolnosti. U trenutku kada James Webb otkriva sve više ranih i masivnih crnih rupa, takav model postaje posebno zanimljiv jer pokušava zatvoriti prazninu između opservacija i teorije.
Umjesto da se pitanje svede samo na to kako su crne rupe tako brzo rasle, ovaj rad sugerira da neke od njih možda uopće nisu morale prolaziti spor put rasta. Možda su od početka nastajale velike.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
