لا نفهم تمامًا كيف تشكلت الثقوب السوداء فائقة الكتلة بسرعة كبيرة في الكون الفتى. لذا يقترح فريق من الفيزيائيين فكرة جذرية. وبدلاً من تشكيل ثقوب سوداء من خلال المسار المعتاد لموت البداية الهائلة ، انهارت هالات المادة المظلمة العملاقة مباشرةً ، مشكلةً بذور أول ثقوب سوداء كبيرة.
تظهر الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) في وقت مبكر من تاريخ الكون ، في غضون بضع مئات من ملايين السنين بعد الانفجار العظيم. يمثل هذا المظهر السريع تحديًا للنماذج التقليدية للولادة والنمو SMBH ، لأنه لا يبدو أنه يمكن أن يكون هناك وقت كافٍ لها لتنمو بشكل هائل بهذه السرعة.
قال 'الفيزيائيون محتارون لماذا تنمو SMBHs في الكون المبكر ، والتي تقع في المناطق المركزية من هالات المادة المظلمة ، بشكل هائل في وقت قصير' هاي بو يو ، أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد ، الذي قاد أ دراسة من تشكيل SMBH الذي ظهر في مجلة Astrophysical Journal Letters. 'إنه مثل طفل يبلغ من العمر 5 سنوات ويزن ، على سبيل المثال ، 200 رطل. مثل هذا الطفل سوف يذهلنا جميعًا لأننا نعرف الوزن النموذجي لطفل حديث الولادة ومدى سرعة نمو هذا الطفل. عندما يتعلق الأمر بالثقوب السوداء ، فإن لدى الفيزيائيين توقعات عامة حول كتلة الثقب الأسود البذري ومعدل نموه. يشير وجود SMBHs إلى أن هذه التوقعات العامة قد تم انتهاكها ، مما يتطلب معرفة جديدة. وهذا مثير. '
لذا بدلاً من محاولة تكوين ثقوب سوداء من موت النجوم الضخمة ، ثم محاولة دفعهم إلى ذلك تتراكم مواد كافية لتنمو إلى حالة SMBH ، ربما يكون هناك شيء آخر - هالات المادة المظلمة - التي شكلتها.
قال يو: 'يقدم عملنا تفسيرًا بديلاً: تختبر هالة المادة المظلمة ذاتية التفاعل عدم الاستقرار الحراري الجاذبية وتنهار منطقتها المركزية في ثقب أسود بذرة'.
هناك بالفعل الكثير من المادة المظلمة في بدايات الكون. تمثل أكثر من 80٪ من كل المادة في الكون ، ونمت المجرات الأولى داخل كتل أو هالات من المادة المظلمة أكبر بكثير. ولكن لكي تنهار المادة المظلمة بدرجة كافية لتشكل ثقوبًا سوداء ، يجب أن تتفاعل مع نفسها. بهذه الطريقة ، يمكن أن تفقد كل الطاقة الحركية المكتسبة مع انهيارها ، مما يسمح لها بالوصول إلى كثافة عالية بما يكفي لتحفيز تكوين ثقب أسود.
نظرًا لأن هذا الثقب الأسود سيولد من مادة أكثر بكثير من نجم ، فسيكون بالفعل في طريقه إلى أن يصبح هائلًا.
قال يو: 'ميزة السيناريو لدينا هي أن كتلة الثقب الأسود البذرة يمكن أن تكون عالية لأنها تنتج عن انهيار هالة المادة المظلمة'. 'وبالتالي ، يمكن أن ينمو إلى ثقب أسود هائل في نطاق زمني قصير نسبيًا.'
في هذا النموذج ، لا تقوم هالات المادة المظلمة بكل العمل. تساعد الباريونات - المادة الطبيعية - أيضًا.
قال Wei-Xiang Feng ، طالب الدراسات العليا في Yu: 'أولاً ، نظهر أن وجود الباريونات ، مثل الغاز والنجوم ، يمكن أن يسرع بشكل كبير من بداية الانهيار الجاذبية الحرارية لهالة ويمكن تكوين ثقب أسود بذرة مبكرًا بما فيه الكفاية'. ومؤلف مشارك في الورقة. ثانيًا ، نظهر أن التفاعلات الذاتية يمكن أن تحفز اللزوجة التي تبدد الزخم الزاوي المتبقي من الهالة المركزية. ثالثًا ، قمنا بتطوير طريقة لفحص حالة إثارة عدم الاستقرار النسبي العام للهالة المنهارة ، مما يضمن تكوين ثقب أسود للبذور إذا تم استيفاء الحالة '.
قال يو: 'في العديد من المجرات ، تهيمن النجوم والغازات على مناطقها المركزية'. 'وبالتالي ، من الطبيعي أن نتساءل كيف يؤثر وجود هذه المادة الباريونية على عملية الانهيار. نظهر أنه سيسرع بداية الانهيار. هذه الميزة هي بالضبط ما نحتاجه لشرح أصل الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر. تؤدي التفاعلات الذاتية أيضًا إلى اللزوجة التي يمكن أن تبدد الزخم الزاوي للهالة المركزية وتساعد بشكل أكبر في عملية الانهيار '.