Πιθανή σχέση μεταξύ αρχέγονων μελανών οπών και σκοτεινής ύλης

Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης ουσία που συνθέτει το μεγαλύτερο μέρος του υλικού σύμπαντος και πλέον ευρέως πιστεύεται ότι είναι κάποια μορφή μαζικών εξωτικών σωματιδίων. Μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική άποψη είναι ότι η σκοτεινή ύλη δημιουργήθηκε από μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν κατά το πρώτο δευτερόλεπτο της ύπαρξής του σύμπαντος, γνωστές ως "αρχέγονες" μαύρες τρύπες. 


Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες καθώς συγχωνεύονταν προκαλούσαν σειρά κοσμικών φαινομένων που έπαιξαν ρόλο στην εξέλιξη του Σύμπαντος. 

Το γεγονός ότι παρατηρήθηκαν τόσο νωρίς στο σύμπαν δείχνει πιθανώς ότι σχηματίστηκαν όταν ένα τεράστιο νέφος αερίου κατέρρευσε, και ξεκίνησε η διαδικασία να δημιουργηθούν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Τώρα, επιστήμονες με επικεφαλής τον Αλεξάντερ Καντίνσκι, από το Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, στο Μέριλαντ, προτείνουν ότι η ερμηνεία αυτή ευθυγραμμίζεται με τη γνώση μας για την κοσμική υπέρυθρη ακτινοβολία και τις ακτίνες X και μπορεί να εξηγήσει τις απροσδόκητα υψηλές μάζες των συγχωνευόμενων  μελανών οπών που εντοπίστηκαν πέρυσι από το LIGO.

Το μυστήριο της σκοτεινής ύλης χρονολογείται από τη δεκαετία του 1930, όταν οι αστρονόμοι αντιλήφθηκαν ότι η μάζα και η βαρύτητα των σωμάτων που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν είναι αρκετές για να εξηγηθεί η κίνηση των γαλαξιών. 

Η σκοτεινή ύλη γίνεται αντιληπτή λόγω της βαρυτικής της επίδρασης στους γαλαξίες, οι επιστήμονες όμως δεν έχουν ιδέα από τι αποτελείται. Γνωρίζουν πάντως ότι δεν εκπέμπει, δεν ανακλά και δεν διαθλά την ακτινοβολία, για' αυτό και είναι κυριολεκτικά αόρατη. 

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των κοσμολόγων το Σύμπαν αποτελείται από τη συμβατική ύλη (την ορατή ύλη) σε ποσοστό μόλις περίπου 5% ενώ η σκοτεινή ύλη υπολογίζεται ότι αντιστοιχεί σε ποσοστό περίπου 27%, με το υπόλοιπο ποσοστό να αντιστοιχεί στην επίσης μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια.

Η NASA μαζί με την ανακοίνωση της νέα θεωρίας έδωσε στη δημοσιότητα ένα βίντεο στο οποίο παρουσιάζονται προσομοιώσεις της συγχώνευσης αρχέγονων μελανών οπών. Η προσομοίωση παρουσιάζεται σε αργή κίνηση ώστε να γίνεται κατανοητή η διεργασία. Ο δακτύλιος γύρω από τις μελανές οπές που συγχωνεύονται ονομάζεται «δακτύλιος Αϊνστάιν». 


Πρόκειται για ένα κοσμικό φαινόμενο που εκδηλώνεται όταν το φως άστρων, γαλαξιών ή άλλων φωτεινών αντικειμένων παραμορφώνεται από τη βαρύτητα ενός άλλου γαλαξία ή αντικειμένου μεγάλης μάζας. Η βαρύτητα ουσιαστικά παραμορφώνει το χώρο έτσι ώστε οι ακτίνες φωτός να ακολουθούν καμπύλη πορεία. Οι επιστήμονες τα τελευταία χρόνια κατάφεραν με τη μέθοδο του «βαρυτικού φακού» να παρατηρούν το φαινόμενο και να εντοπίζουν πολύ μακρινά άστρα και γαλαξίες του Σύμπαντος.

Ο Kashlinsky αναλύει τι θα είχε συμβεί αν η σκοτεινή ύλη αποτελείται από έναν αριθμό μαύρων τρυπών παρόμοιων με εκείνων που ανιχνεύτηκαν από το LIGO. Οι μαύρες τρύπες στρεβλώνουν την κατανομή της μάζας στο πρώιμο σύμπαν, προσθέτοντας μια μικρή διακύμανση που έχει συνέπειες εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα, όταν τα πρώτα αστέρια αρχίζουν να διαμορφώνονται.

Για ένα μεγάλο μέρος του σύμπαντος τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια, η κανονική ύλη παραμένει πάρα πολύ καυτή για να συγχωνευτεί στα πρώτα αστέρια. Η σκοτεινή ύλη δεν επηρεάστηκε από την υψηλή θερμοκρασία, διότι, ανεξάρτητα από τη φύση της, αλληλεπιδρά κυρίως μέσω της βαρύτητας. Καθώς συγκεντρώθηκε με αμοιβαία έλξη, η σκοτεινή ύλη κατέρρευσε πρώτα σε συστάδες που ονομάζονται mini-haloes, που παρέχουν έναν βαρυτικό σπόρο που επιτρέπει στην κανονική ύλη να συσσωρεύεται. Καυτό αέριο κατέρρευσε προς τις mini-haloes, με αποτέλεσμα θύλακες αερίου αρκετά πυκνοί,  να καταρρεύσουν περαιτέρω από μόνοι τους μέσα στα πρώτα αστέρια. Ο Kashlinsky δείχνει έτσι ότι αν οι μαύρες τρύπες παίζουν το ρόλο της σκοτεινής ύλης, η διαδικασία αυτή συμβαίνει πιο γρήγορα και εύκολα, παράγοντας την διόγκωση του CIB (κοσμικό υπόβαθρο υπέρυθρης ακτινοβολίας) που ανιχνεύθηκε στα δεδομένα του Spitzer, ακόμη και αν μόνο ένα μικρό κλάσμα των mini-haloes καταφέρνουν να παράγουν αστέρια.

Καθώς το κοσμικό αέριο έπεσε στις mini-haloes, οι μαύρες τρύπες που τις συνιστούν θα συνέλαβαν φυσικά μερικό από αυτό,  επίσης. Η ύλη που πέφτει προς μια μαύρη τρύπα θερμαίνεται και τελικά παράγει ακτίνες Χ. Μαζί, υπέρυθρο φως από τα πρώτα αστέρια και ακτίνες-Χ από το αέριο που πέφτει στις μαύρες τρύπες της σκοτεινής ύλης, μπορεί να ευθύνεται για την παρατηρούμενη συμφωνία μεταξύ των διαταραχών του CIB (κοσμικό υπόβαθρο υπέρυθρης ακτινοβολίας) και του CXB (υπόβαθρο των κοσμικών ακτίνων-Χ).

Περιστασιακά, κάποιες αρχέγονες μαύρες τρύπες θα περάσουν αρκετά κοντά για να συλληφθούν βαρυτικά σε δυαδικά συστήματα. Οι μαύρες τρύπες σε κάθε ένα από αυτά, για αιώνες, θα εκπέμπουν βαρυτική ακτινοβολία, θα χάνουν την τροχιακή ενέργεια και τελικά θα συγχωνεύονται σε μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, όπως εντόπισε πριν από λίγο καιρό το LIGO.
Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση "The Astrophysical Journal Letters".
thecuriosityofcat

afysikon.blogspot.com