מחקר סימולציות טוען שהיקום הצעיר היה כאוטי ועשיר בגז צפוף, ואפשר גם ל“זרעים קלים” לעבור פרקי “זלילה” שחצו את מגבלות הגדילה המקובלות
נראה שחורים שחורים ביקום המוקדם גדלו הרבה יותר מהר ממה שמדענים חשבו בעבר
אסטרונומים התקשו זמן רב להסביר איך חורים שחורים נעשו עצומים מוקדם כל כך בתולדות היקום. תצפיות מראות שחלקם הגיעו למימדים על-מסיביים כהרף עין במונחים קוסמיים, והמדענים חיפשו מנגנון שיהיה חזק מספיק כדי לגרום לגידול המהיר הזה. מחקר חדש מציע הסבר משכנע.
במחקר נטען שהיקום המוקדם היה הרבה יותר אלים ובלתי צפוי משהניחו בעבר. בסביבה הסוערת הזאת, חורים שחורים קטנים שנוצרו זמן קצר אחרי המפץ הגדול היו מוקפים בכמויות גדולות של גז צפוף, שאיפשרו להם לגדול במהירויות יוצאות דופן.
"מצאנו שהתנאים הכאטויים שהתקיימו ביקום המוקדם גרמו לחורים שחורים מוקדמים קטנים לגדול לחורים השחורים העל-מסיביים שאנו רואים מאוחר יותר אחרי בולמוס זלילה שטרף חומר מסביבתם", אמר דקסל מהטה, שהוביל את המחקר.
כדי לבדוק את הרעיון הזה, הצוות הסתמך על הדמיות מחשב מפורטות שיכולות לעקוב איך חומר התנהג סביב חורים שחורים צעירים במאות מיליוני השנים הראשונות של זמן היקום.
"גילינו, באמצעות הדמיות המחשב הכי מתקדמות, שהדור הראשון של חורים שחורים – אלה שנוצרו רק כמה מאות מיליוני שנים אחרי המפץ הגדול – גדלו מאוד מהר, והגיעו למסה הגדולה פי עשרות אלפים ממסת השמש שלנו".
כיצד נפתרה התעלומה האסטרונומית של גדילת חורים שחורים על-מסיביים ביקום המוקדם?
"פריצת הדרך הזאת מפצחת את אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה", אומר החוקר ד"ר לואיס פרול. "כך הצליחו חורים שחורים שנוצרו ביקום המוקדם, כפי שנצפו על ידי טלסקופ החלל ווב, להגיע לגדלים על-מסיביים כאלה כל כך מהר".
התהליך הזה מתרחש כאשר חור שחור מושך פנימה חומר בקצב גבוה בהרבה ממה שנחשב בדרך כלל כיציב. בתנאים רגילים, האור העצים שנוצר ידחוף החוצה חומר שמסביב. אבל ביקום המוקדם, החורים השחורים האלה המשיכו לאכול חומר למרות החסם הזה, והתאפשר להם לצבור מסה במהירויות מדהימות.
התוצאות סיפקו "חוליה חסרה" בין הכוכבים הראשונים והחורים השחורים העל-מסיביים שהגיעו הרבה יותר מאוחר.
"בעבר חשבו שהחורים השחורים הזעירים האלה קטנים מכדי לגדול לחורים השחורים העצומים שרואים במרכז של גלקסיות מוקדמות", אומר דקסל מהטה. "מה שהראנו כאן הוא שהחורים השחורים המוקדמים האלה אמנם קטנים אבל יכולים לגדול מאוד מהר, בהינתן התנאים המתאימים", הוא מוסיף.
חשיבה מחודשת על "זרעים" של חורים שחורים
באופן כללי מחלקים חורים שחורים לשתי קטגוריות – "זרע קל" ו"זרע כבד". חורים שחורים מסוג זרע קל נוצרים עם מסות מתונות יחסית, בדרך כלל בין עשרות לכמה מאות מסות שמש. כדי להפוך ל"על-מסיביים", שמגיעים למיליוני מסות שמש, הגופים הקטנים יותר האלה חייבים לעבור תקופות גדילה ארוכות.
חורים שחורים מסוג זרע כבד עוברים מסלול מאוד שונה. חושבים שהם כבר נוצרים עצומים, עם מסות ראשוניות שיכולות להגיע עד כדי מאה אלף מסות שמש.
שנים רבות אסטרונומים סברו שרק חורים שחורים מסוג זרע כבד יכלו להיות אחראים לחורים השחורים העל-מסיביים שנמצאים במרכזן של רוב הגלקסיות הגדולות, כי בגלל הגודל ההתחלתי הגדול שלהם היה קל יותר להסביר את הגדילה המהירה.
"עכשיו אנחנו לא כל כך בטוחים", אומר ד"ר ג'ון ריגן, מנהל קבוצת המחקר. "זרעים כבדים יותר אקזוטיים וצריכים אולי תנאים נדירים כדי להיווצר. ההדמיות שלנו מראות שחור שחור כוכבי רגיל ושכיח יכול לגדול בקצב קיצוני ביקום המוקדם".
המחקר הזה מעצב מחדש את ההבנה לגבי מקור החורים השחורים אבל גם מדגיש את החשיבות של הדמיות הרזולוציה גבוהה בגילוי הסודות הכי מוקדמים של היקום.
עוד בנושא באתר הידען:
