Kredit:Leiden Institute of Physics
Vad är mörk materia? Hur bildas supermassiva svarta hål? Ur -svarta hål kan hålla svaret på denna långvariga fråga. Leiden och kinesiska kosmologer har identifierat ett nytt sätt på vilket dessa hypotetiska objekt skulle kunna produceras omedelbart efter Big Bang. Deras forskning har publicerats i Fysiska granskningsbrev .
I deras strävan att förstå universum, forskare står inför några stora olösta pussel. Till exempel, stjärnor rör sig runt galaxer som om det finns fem gånger mer massa än den som observerats. Vad gör består av denna mörka materia? Och en annan gåta:Galaxer har enorma svarta hål i sina kärnor, väger miljontals solmassor. I unga galaxer, kollapsade stjärnor hade inte tillräckligt med tid att växa sig så stora. Hur bildades dessa så kallade supermassiva svarta hål?
Kosmologer har föreslagit en hypotetisk lösning som kan lösa en av båda gåtorna. Ur svarta hål, uppkom strax efter Big Bang, har förmågan att antingen förbli liten eller snabbt få massa. I det tidigare fallet, de är kandidater för mörk materia. I det senare fallet, de kan fungera som frön för supermassiva svarta hål. Kosmologen Dong-Gang Wang från Leiden University och hans kinesiska kollegor Yi-Fu Cai, Xi Tong och Sheng-Feng Yan från USTC University har rapporterat om ett nytt sätt på vilket ursprungliga svarta hål kunde ha bildats vid tiden för Big Bang.
Denna figur visar fraktionen av mörk materia på grund av ursprungliga svarta hål (vertikal axel), som en funktion av deras individuella massa i solmassor (horisontell axel). De skuggade områdena utesluts av astronomiska observationer. Resonanseffekten manifesterar sig som smala toppar (röda och blå prickade linjer) som visar massfördelningen av de ursprungliga svarta hålen. Eftersom topparna är smala, alla ursprungliga svarta hål förutspås ha samma massa. För vårt universum, det finns bara en verklig topp, beroende på (fortfarande okända) detaljer om Big Bang. Till exempel, den blå toppen motsvarar svarta hål med cirka 10 - 100 solmassor - det område som nyligen upptäcktes av LIGO/VIRGO gravitationella vågförsök. Kredit:Leiden Institute of Physics
Efter Big Bang, universum innehöll störningar med liten densitet orsakade av slumpmässiga kvantfluktuationer. Dessa är tillräckligt stora för att bilda stjärnor och galaxer, men för små för att själva kunna växa till urhål. Wang och hans medarbetare har identifierat en ny resonanseffekt som möjliggör ursprungliga svarta hål genom att förstärka vissa störningar selektivt. Detta leder till förutsägelsen att alla ursprungliga svarta hål ska ha ungefär samma massa. De smala topparna i figur 1 visar ett intervall av möjliga massor som en följd av resonansen.
Livskraftig modell
"Andra beräkningar har olika sätt att förbättra störningar, men får problem, "säger Wang." Vi använder resonans under inflationen, när universum växte exponentiellt strax efter Big Bang. Våra beräkningar är så enkla att vi kan arbeta med det. I verkligheten, mekanismen kan vara mer komplicerad, men det här är en början. De smala topparna som vi får är inneboende i mekanismen, eftersom den använder resonans. "
