Τι είναι οι “Μαύρες τρύπες απευθείας κατάρρευσης”; Μέρος 2ο – Θεωρητικό μοντέλο

Στο πρώτο μέρος, είδαμε ότι μια σειρά από παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών υποδεικνύουν ότι οι μαύρες τρύπες στο κέντρο τους έχουν τεράστιες μάζες. Μάλιστα, αποκτούν τις μάζες αυτές σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Το γεγονός αυτό είναι γενικά προβληματικό αν λάβει κανείς υπόψιν τον πιο διαδεδομένο τρόπο αύξησης της μάζας μια μαύρης τρύπας, δηλαδή την πρόσπτωση ύλης σε αυτή. Ο λόγος: οι νεαρές μελανές οπές δεν προλαβαίνουν να δεχτούν τόσο μεγάλες ποσότητες ύλης και τόσο γρήγορα για να αποκτήσουν τις παρατηρούμενες μάζες. Η εναλλακτική που σκέφτηκαν οι επιστήμονες είναι να υποθέσουν ότι οι μαύρες τρύπες έχουν μεγάλες μάζες από τη γέννηση τους!

Πώς θα σχηματίσουμε όμως μαύρες τρύπες τόσο μεγάλης αρχικής μάζας, όταν από τους γνωστούς μας μηχανισμούς δεν μπορεί να προκύψει κάτι τέτοιο; Τη λύση ήρθαν να δώσουν οι μαύρες τρύπες απευθείας κατάρρευσης. Η βασική ιδέα πίσω από τον νέο αυτό μηχανισμό είναι ο σχηματισμός μια μαύρης τρύπας κατευθείαν από ένα πολύ μαζικό νέφος, το οποίο δε θα έχει “θρυμματιστεί” σε μικρότερα κομμάτια που θα οδηγήσουν στη δημιουργία πολλών, αλλά σημαντικά μικρότερων μελανών οπών. Για να επιτευχθεί αυτό, θα πρέπει το νέφος να διατηρήσει αρκετά υψηλή θερμοκρασία – θυμηθείτε ότι η θερμοκρασία συνδέεται με την κινητική ενέργεια των συστατικών του αντικειμένου. Σαν αποτέλεσμα, η έντονη αυτή κίνηση των στοιχείων του νέφους θα μπορέσει να αντισταθεί περισσότερο στη δύναμη της βαρύτητας. Έτσι, θα μπορέσει να συσσωρευθεί περισσότερο υλικό στο νέφος, μέχρι τελικά η βαρύτητα να υπερνικήσει τις άλλες δυνάμεις και να έχουμε μια συνολική κατάρρευση σε μία πολύ μαζική μαύρη τρύπα, χιλιάδων ηλιακών μαζών (Εικόνα 1).

Το νέο αυτό μοντέλο, παρότι ελκυστικό, οφείλουμε να παρατηρήσουμε ότι παρουσιάζει επίσης κάποιες δυσκολίες. Για παράδειγμα, πως θα διατηρηθεί το νέφος σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες; Η πιο διαδεδομένη λύση είναι η υπόθεση για την ύπαρξη κάποιας εξωτερικής ακτινοβολίας, παραδείγματος χάριν από κάποια άστρα που έχουν ήδη σχηματιστεί εκεί κοντά. Παρόλα αυτά, μια τέτοια διάταξη δεν είναι αυτονόητη, ενώ την ίδια στιγμή υπάρχουν και κάποια επιπλέον τεχνικά θέματα που οφείλουν να λυθούν. Είναι ενδιαφέρον πάντως, πως κάποιες προσομοιώσεις σε υπερυπολογιστές υποδεικνύουν ότι ένα τέτοιο σενάριο δεν είναι απίθανο!

Σε ποια κατάσταση βρισκόμαστε σήμερα; Προς το παρόν, τη στιγμή που γράφονται αυτές οι γραμμές, παρά τις κάποιες ενδείξεις, δεν έχει υπάρξει κάποια επιβεβαιωμένη παρατήρηση μαύρης τρύπας που να έχει προκύψει από απευθείας κατάρρευση. Επίσης, κανείς δεν αποκλείει ότι στη φύση μπορεί να λειτουργούν παραπάνω από έναν μηχανισμό για τον σχηματισμό των υπερμαζικών μελανών οπών. Σε κάθε περίπτωση, το αίνιγμα αυτό παραμένει ένα από τα πιο ενδιαφέροντα μυστήρια της σύγχρονης αστροφυσικής, και οι μελλοντικές παρατηρήσεις, όπως αυτές του James Webb Space Telescope (εδώ, εδώ, εδώ & εδώ), αναμένεται να μας δώσουν νέα στοιχεία πολύ σύντομα!

Επιπλέον υλικό:

• Βίντεο (στα αγγλικά): Unsolved Mystery in Physics | Direct Collapse Black Holes