Lubang hitam 'mustahil' yang terdeteksi oleh teleskop James Webb akhirnya memiliki penjelasan-jika ada bentuk materi yang sangat langka ini
Sebuah studi baru -baru ini menawarkan solusi potensial untuk salah satu misteri kosmologi yang paling membingungkan: bagaimana supermasif lubang hitam Di alam semesta awal tumbuh sangat besar, sangat cepat. Dengan memperkenalkan model fisika baru, para peneliti menjelaskan bagaimana biji lubang hitam supermasif dapat terbentuk melalui runtuhnya entitas misterius yang dikenal sebagai Dark Matter.
Materi gelap, bahan yang membingungkan dari alam semesta yang secara efektif tidak terlihat dan berinteraksi dengan materi lain hanya melalui gaya beratmenyediakan kerangka struktural untuk pembentukan galaksi. Terlepas dari perannya yang penting, sifatnya tetap menjadi salah satu misteri terbesar dalam astrofisika. Model kosmologis standar mengasumsikan bahwa materi gelap berinteraksi semata -mata melalui gravitasi, tetapi kerangka kerja ini berjuang untuk menjelaskan keberadaan lubang hitam supermasif sedini 800 juta tahun setelah Big Bang.
Pengamatan dari teleskop seperti James Webb Space Telescope (JWST) telah mengungkapkan quasar – benda yang sangat cerah ditenagai oleh lubang hitam supermasif – di zaman awal ini, dan mereka membanggakan massa lebih dari satu miliar kali matahari. Model tradisional yang mengandalkan pertambahan gas dan merger dengan lubang hitam dan galaksi lainnya gagal menjelaskan bagaimana lubang hitam ini bisa tumbuh begitu besar dalam waktu yang singkat.
Materi gelap yang berinteraksi sendiri sangat diselamatkan
Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, tim mengusulkan subkomponen materi gelap yang disebut materi gelap yang berinteraksi sendiri Ultra. Tidak seperti materi gelap standar, komponen ini-yang akan merupakan kurang dari 10% dari total materi gelap di alam semesta awal-akan menunjukkan interaksi diri yang kuat. Properti ini akan memungkinkan partikel materi gelap yang sangat mengintalkan sendiri menggumpal bersama di pusat-pusat lingkaran cahaya galaksi.
“Interaksi diri materi gelap adalah komponen yang diperlukan karena partikel materi gelap membutuhkan cara untuk saling bersentuhan, jauh lebih kuat dari sekadar interaksi gravitasi,” rekan penulis studi Grant Robertsseorang mahasiswa doktoral di University of California, Santa Cruz, mengatakan kepada Live Science dalam email. “Penyebaran ini menyebabkan materi gelap Untuk mengikat di daerah pusat galaksi yang sangat dalam, yang memungkinkan mereka runtuh menjadi biji lubang hitam supermasif. “
Terkait: 5 fakta menarik tentang Big Bang, teori yang mendefinisikan sejarah alam semesta
Interaksi diri yang kuat ini akan mendorong partikel materi gelap yang sangat mengintalkan diri sendiri menuju pusat-pusat galaksi, di mana mereka akan membentuk inti padat yang pada akhirnya akan runtuh menjadi lubang hitam. Jika proses ini terjadi di awal evolusi galaksi, itu bisa memiliki lubang hitam supermasif, memungkinkan mereka untuk tumbuh melalui proses pertambahan gas konvensional. Yang penting, model ini melewati rentang waktu lambat dari mekanisme pembentukan lubang hitam supermasif tradisional, memungkinkan untuk pertumbuhan yang cepat sambil tetap konsisten dengan pengamatan astrofisik lainnya.
“Temuan utama kami adalah bahwa kami dapat membentuk biji lubang hitam supermasif dan menanamnya ke massa yang diamati dalam batas pengamatan saat ini,” tambah Roberts.
Menguji teori dengan pengamatan quasar
Untuk memvalidasi model mereka, para peneliti menganalisis sampel tiga quasar dengan massa dan usia yang diukur dengan baik. Objek-objek ini, yang diamati oleh JWST dan teleskop lainnya, berfungsi sebagai tolok ukur kritis untuk mengkalibrasi model materi gelap yang berinteraksi sendiri.
Tim menemukan bahwa model mereka berhasil mereproduksi parameter quasar yang diamati, bahkan di bawah asumsi yang berbeda tentang ketergantungan kecepatan kekuatan interaksi diri materi gelap. “Apa yang membuat model kami lebih menguntungkan adalah bahwa kami dapat secara langsung mengkalibrasi seberapa kuat interaksi diri itu, serta seberapa kecil fraksi ini perlu, dari usia dan massa lubang hitam supermasif yang diamati,” Roberts menjelaskan.
Salah satu aspek paling menarik dari model materi gelap yang mengintalkan diri sendiri adalah prediksi yang dapat diuji. Hipotesis menunjukkan adanya lubang hitam massa menengah di galaksi kerdil-galaksi yang lebih kecil, kurang masif daripada kita. Mengamati lubang hitam seperti itu dan distribusinya dapat memberikan bukti langsung untuk model.
“Jika teleskop melihat galaksi kerdil ini dan mengukur massa lubang hitam ini, kita dapat membandingkan secara langsung dengan apa yang diprediksi oleh model kita,” kata Roberts. Model ini juga memprediksi jumlah dan ukuran lubang hitam ini, yang dapat diverifikasi dengan data pengamatan di masa depan.
Studi yang diterbitkan 14 Januari di Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikelmenekankan potensi wawasan lebih lanjut dari JWST, yang terus berlanjut Temukan lubang hitam supermasif baru di jarak yang semakin besar. Penemuan ini dapat menempatkan kendala yang lebih ketat pada rentang waktu pembentukan lubang hitam supermasif dan memperbaiki parameter model materi gelap yang berinteraksi sendiri.
“Dengan munculnya genap [more ancient] Lubang hitam supermasif yang ditemukan oleh JWST, kami akan dapat menempatkan kendala lebih lanjut pada parameter model kami, “kata Roberts.” Seperti JWST menemukan lebih banyak lubang hitam ini, kami ingin melihat bagaimana model baru kami memengaruhi apa yang kami prediksi untuk prediksi lubang hitam massa menengah massa dan kelimpahan di alam semesta.
