Η παρουσία υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στις πρώτες εποχές του σύμπαντος έχει προβληματίσει τους επιστήμονες, αλλά οι επαναλαμβανόμενες εκρήξεις από μικροσκοπικές μαύρες τρύπες μπορεί να προσφέρουν μια εξήγηση.
Πώς δημιουργείται μια γιγάντια μαύρη τρύπα στο πρώιμο σύμπαν; Πιθανόν να ξεκίνησαν με τις εκρήξεις πολλών μικρών μαύρων τρυπών, προτείνει μια νέα αντιφατική έρευνα.
Πολυάριθμες παρατηρήσεις, ιδίως με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), έχουν αποκαλύψει αδιάσειστα στοιχεία ότι το νεαρό σύμπαν κατοικείτο από απίστευτα μεγάλες μαύρες τρύπες.
Τι είναι οι Κβάζαρ
Αν και οι αστρονόμοι δεν μπορούν να δουν τις μαύρες τρύπες άμεσα, παρατηρούν κβάζαρ – εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Όταν υλικό πέφτει πάνω σε μια τέτοια γιγαντιαία μαύρη τρύπα, το υλικό συμπιέζεται και θερμαίνεται, απελευθερώνοντας ένα τεράστιο ποσό ενέργειας. Πράγματι, οι κβάζαρ αποτελούν τις πιο ισχυρές μηχανές σε ολόκληρο το σύμπαν, ικανές να επισκιάζουν χιλιάδες γαλαξίες ταυτόχρονα και να διαρκούν εκατομμύρια χρόνια.
Οι αστρονόμοι μπορούν να δουν αυτούς τους γιγάντιους κοσμικούς «φάρους» από όλο το σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων χρόνων του σχηματισμού των άστρων και των γαλαξιών.
Ο παλαιότερος γνωστός κβάζαρ υπήρχε όταν το σύμπαν μας ήταν μόλις μερικών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών. Η ύπαρξη παλαιών κβάζαρ σημαίνει ότι έπρεπε να υπάρχουν και υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αλλά αυτή η ιδέα αποτελεί πρόκληση για την τρέχουσα κατανόηση της ανάπτυξης των γαλαξιών.
Απ’ όσο γνωρίζουμε, ο μόνος τρόπος για να δημιουργηθούν μαύρες τρύπες είναι μέσω του θανάτου τεράστιων άστρων. Όμως αυτοί αφήνουν πίσω τους μαύρες τρύπες με μάζες μόνο μερικές φορές μεγαλύτερες από αυτές του ήλιου. Για να δημιουργηθεί ένα κβάζαρ, μια μαύρη τρύπα πρέπει να έχει τουλάχιστον μερικά εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου.
Όμως οι κβάζαρ εμφανίζονται τόσο νωρίς στο κοσμικό αρχείο που δεν υπάρχει αρκετός χρόνος για να γεννηθούν και να πεθάνουν τα πρώτα αστέρια και στη συνέχεια να επιτρέψουν στις μαύρες τρύπες που απομένουν να συγχωνευθούν και να συσσωρεύσουν αέριο ώστε να γίνουν υπερμεγέθεις.
Για να λύσει αυτό το αίνιγμα, μια ομάδα αστρονόμων του UCLA και του Πανεπιστημίου του Τόκιο προτείνει ότι ίσως μικροσκοπικές μαύρες τρύπες βοήθησαν τη διαδικασία. Η έρευνά τους δημοσιεύεται στη βάση δεδομένων preprint arXiv, αλλά δεν έχει ακόμη υποβληθεί για αξιολόγηση.
Πώς δημιουργούνται οι μαύρες τρύπες
Ένας πιθανός τρόπος για να δημιουργηθούν γιγάντιες μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν είναι να παραλειφθεί όλη διαδικασία της δημιουργίας άστρων και να καταρρεύσουν τατεράστια νέφη αερίου υδρογόνου μόνα τους απευθείας σε μια μαύρη τρύπα. Για να καταρρεύσει ένα γιγάντιο νέφος υδρογόνου, πρέπει να απαλλαχθεί από τη θερμότητά του. Αλλά το ψυχρό υδρογόνο έχει την ενοχλητική συνήθεια να μετατρέπεται από ελεύθερα άτομα υδρογόνου σε διατομικά μόρια υδρογόνου.
Τα μόρια υδρογόνου είναι πολύ καλά στο να ψύχονται εκπέμποντας ακτινοβολία. Στο παραδοσιακό σενάριο, προτού το νέφος αερίου ατομικού υδρογόνου προλάβει να καταρρεύσει σε μια μοναδική μαύρη τρύπα, κατακερματίζεται σε πολλούς μικρότερους θύλακες μοριακού υδρογόνου, καθένας από τους οποίους καταρρέει, σχηματίζοντας αντ’ αυτού ένα σωρό αστέρια.
Το κόλπο είναι να ψυχθεί το γιγάντιο νέφος υδρογόνου – αλλά όχι τόσο γρήγορα ώστε να γίνει όλο αυτό μια ενιαία υπερμεγέθης μαύρη τρύπα. Εδώ είναι που οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες αναλαμβάνουν δράση, σύμφωνα με τη νέα μελέτη.
Η φυσική του πρώιμου σύμπαντος μέσα στα πρώτα δευτερόλεπτα της Μεγάλης Έκρηξης είναι τόσο έντονη που το σύμπαν μπορεί να παρήγαγε άμεσα αμέτρητες μικρές μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν μέσα από τον αφρισμένο και κοχλάζοντα αφρό που ήταν ο ίδιος ο χωροχρόνος. Αυτές οι μικρές μαύρες τρύπες όμως δεν ζουν για πάντα- εξατμίζονται μέσω της εκπομπής ακτινοβολίας Χόκινγκ, και πιθανότατα μόνο ένα μικρό ποσοστό από αυτές έχει επιβιώσει μέχρι σήμερα.
Αλλά σε εκείνη την πρώιμη εποχή του σύμπαντος, τα πρώτα αστέρια, οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες μπορεί να ήταν πολύ πιο άφθονα. Καθώς εξατμίζονταν, εξέπεμπαν ακτινοβολία, και οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτές οι μικρές μαύρες τρύπες μπορούσαν να απελευθερώσουν ακριβώς τη σωστή ποσότητα θερμότητας για να εμποδίσουν ένα γιγάντιο νέφος αερίου να κατακερματιστεί σε μοριακές μάζες υδρογόνου, επιτρέποντας έτσι στο νέφος να καταρρεύσει αργά και σταθερά σε μια ενιαία γιγάντια μαύρη τρύπα.
Το αποτέλεσμα αυτό είναι ενδιαφέρον επειδή δεν απαιτεί ακόμη πιο εξωτικές μορφές απελευθέρωσης ενέργειας ή την προσθήκη νέων δυνάμεων της φύσης. Δείχνει επίσης πώς ακόμη και η σχετικά απλή φυσική μπορεί να αλληλεπιδράσει με παράξενους και άγνωστους τρόπους στο πρώιμο σύμπαν.
Οι ερευνητές ελπίζουν να συνεχίσουν την προκαταρκτική τους μελέτη με μια πιο ολοκληρωμένη προσομοίωση, για να δουν αν το μοντέλο τους μπορεί να παράγει τη σωστή αφθονία γιγάντιων μαύρων οπών στο πρώιμο σύμπαν και να αναζητήσουν ενδείξεις παρατήρησης που τηλεσκόπια, όπως το JWST θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν για να επικυρώσουν αυτή την ιδέα.