מממצאים חדשים עולה שלחומר האפל היה תפקיד קריטי בהיווצרות חורים שחורים על-מסיביים ביקום המוקדם
לחור שחור על-מסיבי, כמו זה שבמרכז גלקסיית שביל החלב שלנו, לוקח זמן רב להיווצר. בדרך כלל, כדי שייווצר חור שחור, כוכב ענק עם מסה של 50 מסות שמש לפחות צריך לכבות – תהליך שאורך מיליארד שנים – והליבה שלו צריכה לקרוס לתוך עצמה.
למרות זאת, עם גודל של כעשר מסות שמש, החור השחור שנוצר רחוק מאוד מסגיטריוס A* , החור השחור שגודלו 4 מיליון מסות שמש ונמצא בשביל החלב, או מהחורים השחורים העל-מסיביים שגודלם מיליארד מסות שמש ונמצאים בגלקסיות אחרות. חורים שחורים ענקיים כאלה יכולים להיווצר מחורים שחורים קטנים יותר על ידי ספיחת גז וכוכבים, ועל ידי התמזגות עם חורים שחורים אחרים, וזה לוקח מיליארדי שנים.
מדוע, לכן, טלסקופ החלל ג’יימס ווב מגלה חורים שחורים על-מסיביים קרוב לראשית הזמן, עידנים לפני שהיו יכולים להיווצר? לאסטרופיזיקאים מ-UCLA יש תשובה מסתורית כמו החורים השחורים עצמם: החומר האפל מנע מהמימן להתקרר זמן ארוך מספיק כדי שהכבידה תעבה אותו לעננים שהיו גדולים וצפופים מספיק כדי להפוך לחורים שחורים במקום לכוכבים.
“הופתענו מאוד לגלות חור שחור על-מסיבי בגודל של מיליארד מסות שמש כשהיקום עצמו רק בן חצי מיליארד שנים”, אמר המחבר הבכיר אלכסנדר קוסנקו. “זה כמו למצוא מכונית מודרנית בין עצמות של דינוזאורים ולתהות מי יצר את המכונית בתקופה הפרה-היסטורית”.
חלק מהאסטרופיזיקאים הציעו שענן גדול של גז קרס ויצר חור שחור על-מסיבי ישירות, תוך עקיפת התהליך הארוך של כוכב שכבה, ספיחה והתמזגויות. אבל יש בעיה: הכבידה אכן תמשוך ותאסוף ענן גדול של גז, אבל לא לענן אחד גדול. במקום זאת היא אוספת חלקים של הגז להילות קטנות שצפות קרוב אחת לשנייה אבל לא יוצרות חור שחור.
הסיבה היא שענן הגז מתקרר מהר מדי. כל עוד הגז חם, הלחץ שלו יכול להתנגד לכבידה. אבל אם הגז מתקרר, הלחץ קטן והכבידה תנצח בהרבה אזורים קטנים, שקורסים לעצמים דחוסים לפני שיש לכבידה הזדמנות למשוך את כל הענן לחור שחור אחד.
“מהירות ההתקררות של הגז תלויה מאוד בכמות המימן המולקולרי”, אמר המחבר הראשון ייפאן לו. “אטומי מימן הקשורים ביחד במולקולה מפזרים אנרגיה כשהם נתקלים באטום מימן חופשי. מולקולות המימן הופכות לגורם מקרר כשהן סופגות אנרגיה תרמית ומקרינות אותה החוצה. בענני המימן ביקום המוקדם היה יותר מדי מימן מולקולרי, והגז התקרר מהר ויצר הילות קטנות במקום עננים גדולים”.
לו וחוקר הפוסט-דוקטורט זקרי פיקר כתבו קוד לחישוב כל התהליכים האפשריים בתרחיש הזה וגילו שקרינה נוספת יכולה לחמם את הגז ולהפריד את מולקולות המימן, ולשנות את אופן ההתקררות של הגז.
“אם מוסיפים קרינה בתחום אנרגיה מסוים, היא הורסת את המימן המולקולרי ויוצרת תנאים שמונעת התרוססות של עננים גדולים”, אמר לו.
אבל מה מקור הקרינה?
רק חלק קטן מאוד מהחומר ביקום הוא מהסוג שממנו עשויים הגוף שלנו, כדור הארץ, הכוכבים וכל מה שאנו יכולים להבחין בו. רובו הגדול של החומר, שמתגלה על ידי ההשפעות הכבידתיות שלו על עצמים כוכביים ועל ידי כיפוף של קרני אור ממקורות רחוקים, עשוי מחלקיקים חדשים כלשהם, שהמדענים עוד לא זיהו.
התכונות והצורות של החומר האפל הן תעלומה שעדיין לא נפתרה. אנו לא יודעים מהו החומר האפל, אבל תיאורטיקנים בתחום החלקיקים שיערו מזמן שהוא יכול להכיל חלקיקים לא יציבים שיכולים לדעוך לפוטונים, חלקיקי האור. הכללת החומר האפל הזה בהדמיות סיפקה את הקרינה שנחוצה לגז כדי להישאר בענן גדול כשהוא קורס לחור שחור.
התוצר של הדעיכה יכול להיות קרינה של פוטונים, שמפרקים מימן מולקולרי ומונעים התקררות מהירה מדי של ענני המימן. אפילו דעיכה מאוד מתונה של חומר אפל הפיקה קרינה שמספיקה למנוע התקררות וליצור עננים גדולים, ובסופו של דבר חורים שחורים על-מסיביים.
עוד בנושא באתר הידען:
