SLABs: Οι ‘Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες’. Scientists find black holes could reach ‘stupendously large’ sizes

Εικόνα υπερμεγέθους μαύρης τρύπας (Supermassive Black Holes=SMBH) όπως προέκυψε από προσομοίωση υπολογιστή. Η μαύρη περιοχή στο κέντρο παριστάνει τον ορίζοντα των γεγονότων της μαύρης τρύπας. Εκτός από τις SMBHs ίσως υπάρχουν και οι Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες (SLABs). A recent study suggests the possible existence of ‘stupendously large black holes’ or SLABS, even larger than the supermassive black holes already observed in the centres of galaxies. This computer-simulated image shows a supermassive black hole at the core of a galaxy. The black region in the center represents the black hole’s event horizon, where no light can escape the massive object’s gravitational grip. The black hole’s powerful gravity distorts space around it like a funhouse mirror. Light from background stars is stretched and smeared as the stars skim by the black hole. Credits: NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)

Καταφατική είναι η απάντηση που δίνει μια πρόσφατη μελέτη όσον αφορά την ύπαρξη των SLABs, των εκπληκτικά τεράστιων μαύρων τρυπών και πολύ μεγαλύτερων από αυτές που ήδη έχουν παρατηρηθεί στα κέντρα των γαλαξιών. Η δημοσίευση της εργασίας των Carr et al έγινε στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomy Society με τίτλο «Constraints on stupendously large black holes» και αναφέρεται σε μαύρες τρύπες με μάζες M≳10¹¹M_⊙ (M_⊙ = η μάζα του Ήλιου), όπου διερευνάται πως μπορούν να σχηματιστούν οι SLABs και ποια είναι τα πιθανά όρια στο μέγεθός τους.

Ενώ έχουμε ενδείξεις για την ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων τρυπών (Supermassive Black Holes=SMBH) σε γαλαξιακούς πυρήνες – με μάζες από ένα εκατομμύριο έως δέκα δισεκατομμύρια φορές την μάζα του Ήλιου –, παλαιότερες έρευνες πρότειναν ένα ανώτερο όριο στο μέγεθός τους, το οποίο προέκυπτε από τις τρέχουσες θεωρίες σχηματισμού και εξέλιξης τέτοιων μαύρων τρυπών. Η ύπαρξη ακόμα μεγαλύτερων μαύρων τρυπών, των SLABs, θα έχει κοσμολογικές συνέπειες και θα αλλάξει την εικόνα που έχουμε για το αρχέγονο σύμπαν.

Οι γνωστές τεράστιες τρύπες θεωρείται πως σχηματίζονται στον πυρήνα ενός γαλαξία-ξενιστή και το μέγεθός τους αυξάνεται καθώς καταπίνουν άστρα και αέρια από το περιβάλλον τους ή συγχωνεύονται με άλλες μαύρες τρύπες. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις υπάρχει ένα ανώτερο όριο μάζας, λίγο μεγαλύτερο από δέκα δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.

Οι Carr et al προτείνουν μια διαφορετική δυνατότητα σχηματισμού των μαύρων τρυπών (SMBHs) που θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτό το όριο. Υποστηρίζουν ότι τέτοιες SLABs θα μπορούσαν να είναι «αρχέγονες», να σχηματίζονται στο πρώιμο σύμπαν, και πολύ πριν τον σχηματισμό των γαλαξιών.

Καθώς οι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες δεν δημιουργούνται από την βαρυτική κατάρρευση ενός άστρου, θα μπορούσαν να έχουν ένα μεγάλο εύρος μαζών, από πολύ μικρές έως εκπληκτικά μεγάλες.

An artist's impression of the supermassive black hole at the center of a galaxy. Scientists suspect some monster black holes could grow to truly 'stupendous' sizes. (Image: © ESO/L. Calçada)

Σύμφωνα με τον καθηγητή Bernard Carr: Γνωρίζουμε ήδη ότι υπάρχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) σε ένα ευρύ φάσμα μαζών, με μια SMBH τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών να βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας γαλαξία. Ενώ δεν υπάρχουν προς το παρόν ενδείξεις για την ύπαρξη SLABs, είναι πιθανό ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν και θα μπορούσαν επίσης να βρίσκονται εκτός γαλαξιών στον διαγαλαξιακό χώρο, με ενδιαφέρουσες παρατηρησιακές συνέπειες. Ωστόσο, εκπλήσσει το γεγονός ότι η ιδέα των SLABs έχει αγνοηθεί μέχρι σήμερα. Έχουμε προτείνει τρόπους σχηματισμού των SLABs και ελπίζουμε πως η δουλειά μας θα ενθαρρύνει συζητήσεις μεταξύ της κοινότητας.

Η ιδέα των αρχέγονων μαύρων τρυπών ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1970, όταν οι  Carr και Hawking πρότειναν ότι οι διακυμάνσεις πυκνότητας στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος θα μπορούσαν να έχουν ως αποτέλεσμα την κατάρρευση κάποιων περιοχών προς μαύρες τρύπες.

Αν υπάρχουν οι «Καταπληκτικά Τεράστιες Μαύρες Τρύπες» τότε θα σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν. Εφόσον είναι δυνατός ο σχηματισμός τους, τότε μπορούμε να συμπεράνουμε ότι θα μπορούσαν να σχηματιστούν και μικρότερες αρχέγονες μαύρες τρύπες. Κι αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει άλλο ένα μυστήριο του σύμπαντός μας, την σκοτεινή ύλη.

Πηγές: ‘Constraints on stupendously large black holes’ Bernard Carr, Florian Kühnel, Luca Visinelli Monthly Notices of the Royal Astronomical 501, 2029-2043 (2021)  arXiv: 2008.08077. - https://www.qmul.ac.uk/media/news/2021/se/scientists-find-black-holes-could-reach-stupendously-large-sizes.html - https://physicsgg.me/2021/01/22/