หลุมดำมวลมหาศาลเกิดขึ้นได้อย่างไร


 สล็อตออนไลน์ 918kiss

หลุมดำมวลยวดยิ่งหรือ SMBH เป็นหลุมดำที่มีมวลหลายล้านถึงพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา ทางช้างเผือกเป็นเจ้าภาพ SMBH ที่มีมวลไม่กี่ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ น่าแปลกที่การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่า SMBH มีอยู่แล้วเมื่อเอกภพยังเด็กมาก ตัวอย่างเช่น พบหลุมดำมวลดวงอาทิตย์นับพันล้านดวงเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 6% ของอายุปัจจุบัน หรือ 13.7 พันล้านปี SMBHs เหล่านี้ในเอกภพยุคแรกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ทีมงานที่นำโดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ได้เสนอคำอธิบาย: หลุมดำเมล็ดขนาดใหญ่ที่สามารถทำให้เกิดการยุบตัวของสสารมืดได้

รัศมีของสสารมืดคือรัศมีของสสารที่มองไม่เห็นรอบๆ ดาราจักรหรือกระจุกดาราจักร แม้ว่าสสารมืดจะไม่เคยตรวจพบในห้องปฏิบัติการ แต่นักฟิสิกส์ก็ยังมั่นใจว่าสสารลึกลับนี้ซึ่งประกอบเป็นสสารในจักรวาลถึง 85% มีอยู่จริง หากสสารที่มองเห็นได้ของดาราจักรไม่ได้ฝังอยู่ในรัศมีของสสารมืด สสารนี้จะหลุดออกจากกัน

Hai-Bo Yu รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UC Riverside กล่าวว่า "นักฟิสิกส์งงงวยว่าทำไม SMBH ในเอกภพยุคแรกซึ่งตั้งอยู่ในภาคกลางของรัศมีสสารมืดจึงเติบโตอย่างหนาแน่นในระยะเวลาอันสั้น นำการศึกษาที่ปรากฏในAstrophysical Journal Letters "มันเหมือนกับเด็กอายุ 5 ขวบที่หนักประมาณ 200 ปอนด์ เด็กคนนี้คงจะแปลกใจมากเพราะเรารู้ว่าน้ำหนักปกติของทารกแรกเกิดเป็นอย่างไรและเด็กคนนี้จะเติบโตได้เร็วแค่ไหน เมื่อพูดถึงหลุมดำ นักฟิสิกส์มีความคาดหวังทั่วไปเกี่ยวกับมวลของหลุมดำที่มีเมล็ดและอัตราการเติบโตของมัน การมีอยู่ของ SMBH แสดงให้เห็นว่าความคาดหวังทั่วไปเหล่านี้ถูกละเมิด ซึ่งต้องการความรู้ใหม่ และนั่นก็น่าตื่นเต้น"

หลุมดำที่มีเมล็ดเป็นหลุมดำในระยะเริ่มต้น คล้ายกับระยะแรกเกิดในชีวิตของมนุษย์

"เราสามารถคิดได้สองเหตุผล" Yu กล่าวเสริม "เมล็ดพืช หรือ "ทารก" หลุมดำมีขนาดใหญ่กว่ามากหรือโตเร็วกว่าที่เราคิด หรือทั้งสองอย่าง คำถามที่เกิดขึ้นคือกลไกทางกายภาพในการผลิตหลุมดำที่มีเมล็ดขนาดใหญ่เพียงพอหรือ บรรลุอัตราการเติบโตที่รวดเร็วเพียงพอหรือไม่”

Yi-Ming Zhong ผู้เขียนร่วมนักวิจัยด้านดุษฏีบัณฑิตจาก Kavli Institute for Cosmological Physics แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าวว่าต้องใช้เวลาพอสมควรกว่าที่หลุมดำจะเติบโตขึ้นโดยการเพิ่มสสารโดยรอบ "เอกสารของเราแสดงให้เห็นว่าหากสสารมืดมีปฏิสัมพันธ์กับตัวเอง การยุบตัวของกราวิเทอร์มอลของรัศมีสามารถนำไปสู่หลุมดำที่มีเมล็ดขนาดใหญ่เพียงพอ อัตราการเติบโตของมันจะสอดคล้องกับความคาดหวังทั่วไปมากขึ้น"

ในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กลไกที่นิยมใช้ในการอธิบาย SMBHs คือการล่มสลายของก๊าซบริสุทธิ์ในดาราจักรโปรโตกาแล็กซีในเอกภพยุคแรก

"อย่างไรก็ตาม กลไกนี้ไม่สามารถผลิตหลุมดำที่มีเมล็ดขนาดใหญ่พอที่จะรองรับ SMBHs ที่เพิ่งค้นพบใหม่ได้ เว้นแต่หลุมดำของเมล็ดพืชจะมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็วมาก" Yu กล่าว "งานของเราให้คำอธิบายทางเลือก: รัศมีของสสารมืดที่โต้ตอบกับตัวเองประสบกับความไม่เสถียรของกราโวเทอร์มอลและบริเวณตอนกลางยุบตัวเป็นหลุมดำเมล็ด"

คำอธิบาย Yu และเพื่อนร่วมงานของเขาเสนองานในลักษณะต่อไปนี้:

อนุภาคสสารมืดจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มแรกภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและก่อตัวเป็นรัศมีของสสารมืด ในระหว่างการวิวัฒนาการของรัศมี สองแรงที่แข่งขันกัน - แรงโน้มถ่วงและความดัน - ทำงาน ในขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงอนุภาคสสารมืดเข้าด้านใน แรงดันดันผลักพวกมันออกไปด้านนอก หากอนุภาคสสารมืดไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเอง เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงพวกมันเข้าหารัศมีตรงกลาง พวกมันจะร้อนขึ้น กล่าวคือ พวกมันเคลื่อนที่เร็วขึ้น ความดันเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ และพวกมันจะเด้งกลับ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของสสารมืดที่มีปฏิกิริยากับตัวเอง ปฏิกิริยากับตนเองของสสารมืดสามารถขนส่งความร้อนจากอนุภาคที่ "ร้อนกว่า" เหล่านั้นไปยังอนุภาคที่เย็นกว่าที่อยู่ใกล้เคียงได้ ทำให้อนุภาคสสารมืดกระดอนกลับได้ยาก

Yu อธิบายว่ารัศมีตรงกลางซึ่งจะยุบตัวเป็นหลุมดำมีโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งหมายความว่ามันหมุน ปฏิกิริยาในตัวเองสามารถทำให้เกิดความหนืด หรือ "แรงเสียดทาน" ที่กระจายโมเมนตัมเชิงมุม ในระหว่างกระบวนการยุบ รัศมีกลางซึ่งมีมวลคงที่จะหดตัวในรัศมีและหมุนช้าลงเนื่องจากความหนืด เมื่อวิวัฒนาการดำเนินต่อไป รัศมีส่วนกลางก็ยุบตัวลงในสถานะเอกพจน์ในที่สุด นั่นคือ หลุมดำที่มีเมล็ด เมล็ดพันธุ์นี้สามารถเติบโตได้มวลมากขึ้นโดยการเพิ่มมวลสารที่มองเห็นได้โดยรอบ เช่น ก๊าซและดาวฤกษ์โดยรอบ

"ข้อได้เปรียบของสถานการณ์ของเราคือมวลของหลุมดำเมล็ดสามารถสูงได้ เนื่องจากเกิดจากการยุบตัวของรัศมีสสารมืด" หยูกล่าว "ดังนั้นจึงสามารถเติบโตเป็นหลุมดำมวลมหาศาลได้ในระยะเวลาอันสั้น"

งานใหม่นี้เป็นงานใหม่ที่นักวิจัยระบุถึงความสำคัญของแบริออน - อนุภาคอะตอมและโมเลกุลธรรมดา - เพื่อให้แนวคิดนี้ใช้งานได้

Wei-Xiang Feng นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Yu กล่าวว่า "ประการแรก เราแสดงการปรากฏตัวของ baryons เช่นก๊าซและดาวฤกษ์สามารถเร่งการยุบตัวของ Gravothermal ได้อย่างมีนัยสำคัญและสามารถสร้างหลุมดำได้เร็วพอ และผู้ร่วมเขียนบทความ "ประการที่สอง เราแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาโต้ตอบในตัวเองสามารถทำให้เกิดความหนืดที่กระจายโมเมนตัมเชิงมุมที่เหลืออยู่ของรัศมีส่วนกลาง ประการที่สาม เราพัฒนาวิธีการตรวจสอบสภาวะที่ทำให้เกิดความไม่แน่นอนเชิงสัมพัทธภาพทั่วไปของรัศมีที่ยุบลง ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าหลุมดำเมล็ดสามารถ แบบเมื่อครบเงื่อนไข"

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา Yu ได้สำรวจการคาดการณ์ใหม่เกี่ยวกับการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดและผลที่ตามมาจากการสังเกต งานของเขาแสดงให้เห็นว่าสสารมืดที่มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองสามารถให้คำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของดาวและก๊าซในดาราจักรที่สังเกตได้

"ในกาแลคซีหลายแห่ง ดาวและก๊าซครองพื้นที่ส่วนกลางของพวกมัน" เขากล่าว “ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะถามว่าการมีอยู่ของสสารแบริออนนี้ส่งผลต่อกระบวนการยุบตัวอย่างไร เราแสดงให้เห็นว่ามันจะเร่งให้การยุบตัวเร็วขึ้น คุณลักษณะนี้คือสิ่งที่เราต้องอธิบายที่มาของหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพยุคแรก ปฏิกิริยาในตัวเองยังนำไปสู่ความหนืดที่สามารถกระจายโมเมนตัมเชิงมุมของรัศมีส่วนกลางและช่วยให้กระบวนการยุบตัวต่อไปได้”

 


Post by Rimuru Tempest :: Date 2021-06-22 18:24:08


Opinion
Opinion *
By  *
E-Mail 
Don't Display E-mail