پیدایش زودهنگام ابرسیاهچاله‌ها با خود-برهمکنشِ ماده تاریک
مشاهدات اخترفیزیکی نشان می‌دهند که ابرسیاهچاله‌ها (سیاهچاله‌های کلان‌جرم) از زمانی تنها ۸۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ وجود داشته‌اند، زمانی که کیهان تنها ۶ درصد از سن کنونی را داشت. ریشه‌ی این اجرامِ فشرده هنوز در هاله‌ای از ابهام است؛ دقیق‌تر بگوییم، این یک راز بی‌اندازه بزرگ است که آنها چگونه توانسته بودند در چنین بازه‌ی زمانی کوتاهی از تاریخ کیهان به چنین جرم‌هایی برسند.
اکنون سه تن از فیزیکدانان نظری دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید و بنیاد فیزیک کیهانی کاولیِ دانشگاه شیکاگو نظریه‌ای پیشنهاد کرده‌اند که در آن، هاله‌ای از ماده‌ی تاریک خود-برهمکنشگر (self-interacting) دستخوش ناپایداری می‌شود و منطقه‌ی مرکزی‌اش رُمبیده و یک تخم سیاهچاله می‌سازد.
سازوکار آشنایی که در اخترفیزیک برای توضیح ابرسیاهچاله‌ها به کار می‌رود رُمبش گازهای دست نخورده‌ی درون نیاکهکشان‌ها در کیهان آغازین است.
دکتر های-بو یو از بخش فیزیک و اخترشناسی دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید می‌گوید: «ولی این سازوکار نمی‌تواند تخم سیاهچاله‌ای به اندازه‌ی کافی پُرجرم بسازد که بتواند ابرسیاهچاله‌های تازه دیده شده را در بر بگیرد- مگر این که تخم سیاهچاله دستخوش رشدی بی‌اندازه سریع شده باشد.»
«پژوهش ما یک توضیح جایگزین ارایه می‌دهد: یک هاله‌ی ماده‌ی تاریکِ خود-برهمکنشگر دستخوش ناپایداری گرانگرمایی (گرمایش گرانشی، gravothermal) می‌شود و منطقه‌ی مرکزی‌اش رُمبیده و یک تخم سیاهچاله می‌سازد.»
دکتر یی-مینگ ژونگ پژوهشگر بنیاد فیزیک کیهانی کاولی در دانشگاه شیکاگو می‌گوید: «زمان می‌برد تا یک سیاهچاله با برافزایش مواد پیرامونش رشد کند.»
«پژوهشنامه‌ی ما نشان می‌دهد که اگر ماده‌ی تاریک دارای خود-برهمکنش باشد، رُمبش گرانگرماییِ یک هاله می‌تواند به یک تخم سیاهچاله با جرم کافی بیانجامد. نرخ رشد آن با چشمداشت‌های عمومی سازگارتر خواهد بود.»
توضیحی که این پژوهشگران پیشنهاد می‌دهند این گونه کار می‌کند: ذرات ماده‌ی تاریک نخست زیر نفوذ گرانش گرد هم انباشته می‌شوند و یک هاله‌ی ماده‌ی تاریک پدید می‌آورند.
در روند تکامل و فرگشت این هاله، دو نیروی رقیب (گرانش و فشار) عمل می‌کنند. "گرانش" ذرات ماده‌ی تاریک را به دورن می‌کشاند و "فشار" آنها را رو به بیرون هل می‌دهد.
اگر ذرات ماده‌ی تاریک هیچ خود-برهمکنشی نداشته باشند، پس هنگامی که گرانش آنها را به سوی مرکز هاله می‌کشاند داغ‌تر می‌شوند، یعنی سریع‌تر حرکت می‌کند، فشار به گونه‌ی کارآمدی افزایش می‌یابد و آنها دوباره به بیرون می‌جهند.
ولی اگر ذرات ماده‌ی تاریک دارای خود-برهمکنش باشند، این خود-برهمکنش می‌تواند گرما را از ذرات داغ‌تر به نزدیکِ ذرات سردتر منتقل کند. این کارِ ذرات ماده‌ی تاریک را برای بیرون جهیدن دشوار می‌کند.
دکتر یو می‌گوید: «هاله‌ی مرکزی، که می‌رمبد و سیاهچاله می‌شود، دارای تکانه‌ی زاویه‌ای است، یعنی می‌چرخد.»
خود-برهمکنش‌ها می‌توانند باعث گران‌روی یا اصطکاک شوند، چیزی که باعث هدررفتِ (اِفتالشِ) تکانه‌ی زاویه‌ای می‌شود. در هنگام فرآیند رُمبش، هاله‌ی مرکزی که جرم ثابتی دارد، شعاعش کوچک می‌شود و نرخ چرخشش به دلیل گران‌روی کُند می‌شود.
با ادامه‌ی این روند، هاله‌ی مرکزی کم کم تا جایی می‌رُمبد که به حالت تکینه می‌رسد: یک تخم سیاهچاله. این تخم می‌تواند با برافزایش مواد باریونی (دیدارپذیر) پیرامونش مانند گازها و ستارگان، رشد کرده و پرجرم‌تر شود.
دکتر یو می‌گوید: «برتری سناریوی ما اینست که جرم تخم سیاهچاله می‌تواند بالا باشد زیرا از رمبشِ یک هاله‌ی ماده‌ی تاریک پدید آمده. بنابراین می‌تواند در بازه‌ی زمانیِ به نسبت کوتاهی به یک ابرسیاهچاله تبدیل شود.»
انگاره‌ی (فرضیه‌ی) این دانشمندان انگاره‌ی نو و تازه‌ایست زیرا چنان چه در پژوهشنامه‌شان آمده، اهمیت باریون‌ها را برای کار کردنِ این پنداشت شناسایی کرده است.
وی-شیانگ فنگ، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید می‌گوید: «نخست، ما نشان می‌دهیم که وجود باریون‌ها، مانند گازها و ستارگان، می‌تواند به گونه‌ی چشمگیری سرعتِ به راه افتادنِ رمبش گرانگرماییِ یک هاله را بالا ببرد و تخم سیاهچاله در زمانی به اندازه‌ی کافی زود شکل بگیرد.»
«دوم، نشان می‌دهیم که خود-برهمکنش‌ها می‌توانند باعث گران‌روی شوند که آن هم به هدررفت تکانه‌ی زاویه‌ایِ پسماندِ هاله‌ی مرکزی می‌انجامد.»
«سوم، روشی را برای آزمودنِ شرایط برای پیدایش ناپایداری نسبیت عامیِ هاله‌ی رُمبیده پدید می‌آوریم، که تضمین می‌دهد اگر شرایط برآورده شود، یک تخم سیاهچاله بتواند شکل بگیرد.»
پژوهشنامه‌ی این گروه در نشریه‌ی آستروفیزکال جورنال لترز منتشر شده است.
-------------------------------------------
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
facebook.com/1star7sky
واژه‌نامه:
منبع: sci-news
0 دیدگاه شما:
ارسال یک نظر