Existența găurilor negre super-masive în centrul multor galaxii este încă un mister; cum au luat naștere acești monștri cu mase atât de mari? O nouă ipoteză este cum că la originea acestor găuri negre este materia întunecată, care – în Universul timpuriu – ar fi ajuns la densități care au avut drept consecință un colaps gravitațional ce a dus la formarea găurilor negre.

Găurile negre super-masive

În centrul multor galaxii, inclusiv a noastră, se găsesc adevărați monștri cosmici: găuri negre cu masa de milioane sau chiar și miliarde de ori cea a Soarelui. Din observarea astronomică a galaxiilor îndepărtate se pare că astfel de găuri negre enorme existau deja atunci când Universul avea doar 800 de milioane de ani. Vârsta actuală a Universului este în jur de 13,8 miliarde de ani. Cum au reușit să se formeze atât de rapid aceste găuri negre uriașe? Singurul mecanism pe care îl cunoaștem ce duce la formarea găurilor negre este moartea stelelor masive (cu mase de zeci de ori cea a Soarelui) – care dau însă naștere la găuri negre cu mase foarte mici față de cele a găurilor negre din centrul galaxiilor. Existența acestor găuri negre în Universul timpuriu i-a pus pe gânduri pe cercetători – întrucât se pare că nu au timp să se formeze prin unirea găurilor negre mici. Cum au luat deci naștere?

Materia întunecată

Materia întunecată din Univers reprezintă o formă de materie care ar interacționa cu materia vizibilă doar prin interacțiunea gravitațională. Această materie, care în Univers reprezintă circa 85% din materia totală, ar putea fi formată din particule pe care încă nu le-am descoperit, în ciuda căutărilor intense atât la acceleratoarele de particule cât și în laboratoarele subterane. Distribuția acestei materii în Univers este diferită față de cea a materiei vizibile – de exemplu galaxiile sunt învăluite într-un halou de materie întunecată care se extinde mult mai mult decât cea vizibilă.

O nouă idee: găurile negre masive iau naștere din colapsul materiei întunecate

Un grup de cercetători a studiat posibilele procese care ar putea duce la nașterea de găuri negre masive, fără să fie nevoie de unirea găurilor negre mici pentru a genera uriașii monștri din centrele galaxiilor. Au ajuns astfel la concluzia cum că cele două mistere din Univers și din fizica actuală, materia întunecată și găurile negre super-masive, ar putea să fie legate. Rezultatele studiului au fost publicate recent într-un articol în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ce anume s-ar putea deci întâmpla? Ei bine, materia întunecată în interiorul galaxiilor care au dimensiuni relativ importante ar ajunge la o masă (și densitate) critică unde ar colapsa într-o gaură neagră. Un mecanism relativ simplu și direct – care duce imediat la formarea găurilor negre masive, fără să fie nevoie de unirea multor găuri negre mici.

Nu toate galaxiile au găuri negre în centru

O consecință interesantă a studiului este cum că galaxiile mici nu ajung la o densitate a materiei întunecate care să dea naștere găurilor negre; totuși, în centrul acestor galaxii ar exista un nucleu dens de materie întunecată, inima neagră a galaxiilor, care ar putea mima comportamentul găurilor negre, din punct de vedere al atracției gravitaționale. Aceste nuclee întunecate rămân stabile și nu este deloc ușor de făcut diferența între o astfel de situație și cea în care în locul acestor nuclee s-ar găsi găuri negre.

Găurile negre masive și Universul timpuriu

Studiul acestui proces este extrem de interesant nu doar din punct de vedere al mecanismului care ar fi dat naștere găurilor negre, ci și pentru a înțelege mai bine Universul timpuriu – întrucât se pare că găuri negre de acest gen ar fi luat naștere nu multă vreme după Big Bang. Poate vom reuși să înțelegem inclusiv mai bine materia întunecată – despre care încă știm prea puține lucruri întrucât nu am reușit până în prezent să descoperim din ce anume este alcătuită.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe