Tumšās vielas starojums agrīnajā Visumā, iespējams, ir palīdzējis uzturēt ūdeņraža gāzi pietiekami karstu, lai kondensētos melnos caurumos.
- Supermasīvie melnie caurumi parasti veidojas miljardiem gadu. Bet Džeimsa Veba kosmiskais teleskops Vai viņi ir atrasti neilgi pēc tam? Lielais sprādziens – Pirms viņiem ir bijis pietiekami daudz laika, lai izveidotu.
- Kalifornijas Universitāte Astrofiziķi ir atklājuši, ka, ja tumšā viela sabrūk, tās izstarotie fotoni uztur ūdeņraža gāzi pietiekami karstu, lai gravitācija varētu to savākt milzu mākoņos un galu galā kondensēt masīvā masā. Melnais caurums.
- Papildus tam, ka šis atklājums izskaidro ļoti agrīnu supermasīvo melno caurumu esamību, tas apstiprina tāda veida tumšās vielas esamību, kas spēj sadalīties daļiņās, piemēram, fotonos.
Supermasīvu melno caurumu veidošanās
Ir nepieciešams ilgs laiks, līdz veidojas supermasīvi melnie caurumi, piemēram, mūsu galaktikas centrā. piena ceļš Parasti, lai radītu melno caurumu, ir nepieciešams, lai milzu zvaigzne ar masu vismaz 50 Saules masu izdegtu (process, kas var ilgt miljardu gadu), un tās kodols sabrūk pats no sevis.
Tomēr iegūtais melnais caurums, kura masa ir tikai aptuveni 10 reizes lielāka par Saules masu, ir ļoti tālu no 4 miljonu saules masas melnā cauruma, kas pazīstams kā Strēlnieks A* un kas atrodas mūsu Piena Ceļa galaktikā. Vai supermasīvie melnie caurumi ar vienu miljardu saules masu, kas pastāv citās galaktikās. Šādi milzīgi melnie caurumi var veidoties no mazākiem melnajiem caurumiem, uzkrājoties gāzēm un zvaigznēm, kā arī saplūstot ar citiem melnajiem caurumiem, kas prasa miljardus gadu.
Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa atklātie noslēpumi
Bet kāpēc tad Džeimsa Veba kosmiskais teleskops atklāj supermasīvus melnos caurumus pašā laika sākumā, tūkstošiem gadu pirms tie varēja veidoties? Astrofiziķi no Kalifornijas Universitātes Losandželosā ir nākuši klajā ar atbildi, kas ir tikpat noslēpumaina kā paši melnie caurumi: tumšā viela neļāva ūdeņradim atdzist pietiekami ilgi, lai gravitācijas spēks to kondensētu mākoņos, kas ir pietiekami lieli un blīvi, lai pārvērstos melnos caurumos, nevis zvaigznēs. . Rezultāti tika publicēti 27. augustā žurnālā Nature Communications. Materiālu apskata vēstules.
“Tas bija patiesi pārsteidzoši atrast supermasīvu melno caurumu ar miljarda saules masu, kad pats Visums ir tikai pusmiljardu gadu vecs,” sacīja Kalifornijas Universitātes Losandželosas fizikas un astronomijas profesors Aleksandrs Kosenko. un pētījuma vadošais autors “Tas ir kā atrast modernu automašīnu starp dinozauru kauliem un prātot, kas to automašīnu uzbūvēja aizvēsturiskos laikos.”
Gāzes dzesēšanas izaicinājums kosmosā
Daži astrofiziķi ir izvirzījuši hipotēzi, ka milzīgs gāzes mākonis var sabrukt, veidojot tieši supermasīvu melno caurumu, apejot ilgo zvaigžņu degšanas, akrecijas un saplūšanas vēsturi. Bet ir viena problēma: gravitācija savilks kopā milzīgu gāzes mākoni, bet ne vienā milzīgā mākonī. Tā vietā tas savāc gāzes daļiņas mazos halos, kas peld cieši kopā, bet neveido melno caurumu.
Iemesls tam ir tas, ka gāzes mākonis ļoti ātri atdziest. Kamēr gāze ir karsta, tās spiediens spēj pretoties gravitācijai. Bet, ja gāze atdziest, spiediens pazeminās, un gravitācija var dominēt daudzos mazos reģionos, kas sabrūk blīvos objektos, pirms gravitācija spēj ievilkt visu mākoni vienā melnajā caurumā.
“Gāzes dzesēšanas ātrums ir lielā mērā saistīts ar molekulārā ūdeņraža daudzumu,” sacīja pirmais autors un doktorants Yifan Lu. “Ūdeņraža atomi, kas saistīti kopā molekulā, izkliedē enerģiju, kad tie saskaras ar vaļēju ūdeņraža atomu kukurūza“Ūdeņraža molekulas kļūst par dzesēšanas aģentiem, jo tās absorbē siltumenerģiju un izstaro to. Ūdeņraža mākoņi agrīnajā Visumā saturēja daudz molekulārā ūdeņraža, un gāze ātri atdzisa un lielu mākoņu vietā veidoja mazus oreolus.”
Lu un pēcdoktorantūras pētnieks Zakarijs Beikers uzrakstīja kodu, lai aprēķinātu visus iespējamos procesus šim scenārijam, un atklāja, ka papildu starojums var sildīt gāzi un atdalīt ūdeņraža molekulas, mainot veidu, kā gāze atdziest.
“Ja pievienojat starojumu noteiktā enerģijas diapazonā, tas iznīcina molekulāro ūdeņradi un rada apstākļus, kas novērš lielu mākoņu sadalīšanos,” piebilda Lu.
Tumšās vielas loma melno caurumu veidošanā
Bet no kurienes nāk starojums?
Neliela daļiņa no Visuma matērijas ir tāda, kas veido mūsu ķermeni, mūsu planētu, zvaigznes un visu pārējo, ko varam novērot. Faktiski lielākā daļa matērijas, ko var novērot, pateicoties tās gravitācijas ietekmei uz zvaigžņu ķermeņiem un liecoties gaismas stariem, kas nāk no attāliem avotiem, sastāv no dažām jaunām daļiņām, kuras zinātniekiem vēl nav izdevies identificēt.
Tumšās matērijas formas un īpašības ir noslēpums, kas vēl ir jāatrisina. Lai gan mēs nezinām, kas ir tumšā matērija, daļiņu zinātnieki jau sen ir iedomājušies, ka tajā varētu būt nestabilas daļiņas, kas var sadalīties fotonos, gaismas daļiņās. Šādas tumšās vielas iekļaušana simulācijā nodrošināja radiāciju, kas nepieciešama, lai gāze izdzīvotu lielā mākonī, kad tā sabrūk melnajā caurumā.
Tumšā viela var sastāvēt no lēnām sadalošām daļiņām, vai arī tā var sastāvēt no vairāk nekā vienas daļiņas KlasificētDaži no tiem ir stabili, un daži agri sadalās. Jebkurā gadījumā sabrukšanas produkts var būt starojums fotonu veidā, kas sadala molekulāro ūdeņradi un neļauj ūdeņraža mākoņiem pārāk ātri atdzist. Pat ļoti viegla tumšās vielas sabrukšana rada pietiekami daudz starojuma, lai novērstu atdzišanu, lielu mākoņu veidošanos un galu galā supermasīvu melno caurumu veidošanos.
“Tā var būt atbilde uz to, kāpēc tik agri tika atklāti supermasīvie melnie caurumi,” sacīja Bekers. “Ja esat optimists, varat to izlasīt arī kā pozitīvu pierādījumu viena veida tumšajai matērijai. Ja šie supermasīvie melnie caurumi veidojās kā. gāzes mākoņa sabrukšanas rezultātā, iespējams, vajadzētu… Nepieciešamais papildu starojums nāks no nezināmās tumšā sektora fizikas.
Atsauce: “Tiešs supermasīvu melno caurumu sabrukums no atlikušo daļiņu sabrukšanas”, autori Yifan Lu, Zachary S.C. Baker un Alexander Kosenko, 2024. gada 27. augusts, Materiālu apskata vēstules.
doi: 10.1103/PhysRevLett.133.091001
