Το σύμπαν μας περιέχει μερικές τεράστιες μαύρες τρύπες. Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας έχει μάζα 4 εκατομμυρίων Ήλιων, αλλά είναι μάλλον μικρή όπως λένε οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες. Πολλές γαλαξιακές μαύρες τρύπες έχουν ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες και η πιο μαζική γνωστή μαύρη τρύπα εκτιμάται ότι έχει μάζα σχεδόν 70 δισεκατομμύρια Ήλιους. Αλλά πόσο μεγάλη μπορεί να γίνει μια μαύρη τρύπα;
Άποψη καλλιτέχνη μιας ενεργής μαύρης τρύπας που καταναλώνει ύλη. Πίστωση: ESO/M. Kornmesser
Προκειμένου μια μαύρη τρύπα να γίνει πραγματικά τεράστια, πρέπει να καταναλώσει μεγάλη ποσότητα ύλης νωρίς στη ζωή της. Εάν καταναλώνει αργά την ύλη, τότε ο γύρω του γαλαξίας θα έχει εγκατασταθεί στη θέση του και το σύμπαν θα έχει επεκταθεί έτσι ώστε να μην υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη που μπορεί να συλλάβει η μαύρη τρύπα. Αλλά όταν μια μαύρη τρύπα καταναλώνει μεγάλη ποσότητα ύλης γρήγορα, η ύλη γίνεται εξαιρετικά ζεστή και τείνει να απομακρύνει την άλλη ύλη, καθιστώντας έτσι πιο δύσκολη την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας.
Με βάση τις παρατηρήσεις των μεγαλύτερων μαύρων οπών και τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή για το πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες, πιστεύεται ότι το ανώτερο όριο μάζας για τις γαλαξιακές μαύρες τρύπες είναι περίπου 100 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες. Αλλά νέα έρευνα δείχνει ότι το όριο μάζας θα μπορούσε να είναι πολύ υψηλότερο.
Η μελέτη σημειώνει ότι ενώ οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες έχουν πιθανώς όριο εκατό δισεκατομμυρίων ηλιακής μάζας, μεγαλύτερες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί ανεξάρτητα κατά τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Αυτές οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να έχουν μάζα περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τις μεγαλύτερες γαλαξιακές μαύρες τρύπες. Η ερευνητική ομάδα τις αποκαλεί εκπληκτικά μεγάλες μαύρες τρύπες ή SLABs.
Η ιδέα των αρχέγονων μαύρων οπών υπήρχε εδώ και πολύ καιρό. Έχουν προταθεί ως λύση για τα πάντα, από τη σκοτεινή ύλη μέχρι το γιατί δεν την έχουμε ανακαλύψει ακόμη ο υποθετικός ένατος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα. Όμως τα θεωρητικά μοντέλα έχουν προτείνει ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα ήταν πολύ μικρότερες ακόμη και από τις μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, που σχηματίστηκαν από μικροσκοπικές διακυμάνσεις πυκνότητας στο πρώιμο σύμπαν. Αλλά αυτή η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι η σκοτεινή ύλη και άλλοι παράγοντες θα μπορούσαν να αναγκάσουν ορισμένους από αυτούς να μεγαλώσουν εκπληκτικά.
Υποθετική κατανομή των WIMP στον γαλαξία μας. Πραγματοποίηση: Davison Soper
Εάν το πρώιμο σύμπαν ήταν πλούσιο σε σκοτεινή ύλη, ιδιαίτερα μια μορφή σκοτεινής ύλης γνωστής ως Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), τότε μια αρχέγονη μαύρη τρύπα θα μπορούσε να καταναλώσει τη σκοτεινή ύλη για να αναπτυχθεί γρήγορα. Δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά έντονα με το φως, η συλληφθείσα σκοτεινή ύλη δεν θα εκπέμπει πολύ φως ή θερμότητα για να μειώσει τον ρυθμό ανάπτυξης. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να είναι τεράστιες ακόμη και πριν ψυχθεί το σύμπαν και σχηματιστούν γαλαξίες. Το ανώτατο όριο μάζας των SLAB θα εξαρτηθεί από το πώς αλληλεπιδρά η σκοτεινή ύλη WIMP με τον εαυτό της, οπότε αν ανακαλύψουμε SLAB, θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη σκοτεινή ύλη.
Δεν έχουμε ακόμη παρατηρήσει εκπληκτικά μεγάλες μαύρες τρύπες. Θα μπορούσαν να κρύβονται στις καρδιές μακρινών γαλαξιών, αλλά θα μπορούσαν επίσης να κρύβονται στον τεράστιο χώρο μεταξύ των γαλαξιακών σμήνων. Ή μπορεί να μην υπάρχουν. Αλλά αξίζει να τα ψάξετε, γιατί η εύρεση ενός θα ήταν μια πραγματικά εκπληκτική ανακάλυψη.
Αναφορά:Shemmer, Ο., et αϊ. ' Φασματοσκοπία κοντά στο υπέρυθρο ενεργών γαλαξιακών πυρήνων υψηλής μετατόπισης ερυθρού. I. Μια σχέση μεταλλικότητας-ρυθμού προσαύξησης .The Astrophysical Journal614.2 (2004): 547.
Αναφορά:Carr, Bernard, Florian Kühnel και Luca Visinelli. ' Περιορισμοί σε εκπληκτικά μεγάλες μαύρες τρύπες .Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας501.2 (2021): 2029-2043.