หลุมดำ Super-Massive (SMBH) ยากที่จะอธิบาย เอกภพอันยิ่งใหญ่เหล่านี้เชื่อกันว่าเป็นศูนย์กลางของกาแลคซีขนาดใหญ่ทุกแห่ง (ทางช้างเผือกของเรามีหนึ่งแห่ง) แต่การปรากฏตัวของพวกเขาที่นั่นบางครั้งก็ท้าทายคำอธิบายง่าย ๆ เท่าที่เรารู้หลุมดำก่อตัวขึ้นเมื่อดาวยักษ์ล่มสลาย แต่คำอธิบายนั้นไม่สอดคล้องกับหลักฐานทั้งหมด
ทฤษฎีการล่มสลายของดาวฤกษ์ช่วยอธิบายหลุมดำส่วนใหญ่ได้ดี ในทฤษฎีนั้นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าอย่างน้อยห้าเท่าดวงอาทิตย์ของเราก็เริ่มที่จะหมดเชื้อเพลิงใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิต เนื่องจากแรงดันจากภายนอกของฟิวชั่นนิวเคลียร์ของดาวคือสิ่งที่รองรับแรงโน้มถ่วงภายในจากมวลของมันเองจึงต้องมีบางอย่างเมื่อเชื้อเพลิงหมด
ดาวดังกล่าวผ่านการระเบิดของไฮเปอร์โนวาจากนั้นก็ยุบตัวลง สิ่งที่เหลืออยู่คือหลุมดำ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์คิดว่า SMBH เริ่มต้นด้วยวิธีนี้และเติบโตไปสู่ขนาดที่ใหญ่โตของพวกมันโดย 'การให้อาหาร' ในเรื่องอื่น พวกมันพองตัวในขนาดและนั่งอยู่ในใจกลางของแรงโน้มถ่วงเหมือนแมงมุมที่ขุนอยู่กลางเว็บ
ปัญหาของคำอธิบายนั้นคือมันต้องใช้เวลานานกว่าจะเกิดขึ้น
ที่นั่นในจักรวาลนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็น SMBH ที่เก่าแก่ ในเดือนมีนาคมของปีนี้กลุ่มนักดาราศาสตร์ได้ประกาศการค้นพบของ 83 SMBHs ที่โบราณดังนั้นพวกเขาท้าทายความเข้าใจของเรา ในปี 2017 นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำมวล 800 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ซึ่งก่อตัวขึ้นอย่างสมบูรณ์เพียง 690 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง พวกเขามีอยู่ในยุคก่อนหน้าของจักรวาลก่อนที่จะมีเวลาเติบโตขึ้นในรูปแบบที่ยิ่งใหญ่
SMBHs เหล่านี้หลายแห่งมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์หลายพันล้านเท่า พวกเขาอยู่ในช่วงเปลี่ยนกะสีแดงสูงเช่นนั้นพวกเขาจะต้องก่อตัวขึ้นใน 800 ล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง แต่นั่นยังไม่พอสำหรับแบบจำลองการล่มสลายของดาวฤกษ์ที่จะอธิบาย คำถามที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เผชิญอยู่นั้นหลุมดำเหล่านั้นใหญ่แค่ไหนในเวลาเพียงน้อยนิด?
นักวิจัยคู่หนึ่งที่ Western University ในออนแทรีโอแคนาดาคิดว่าพวกเขาคิดออกแล้ว พวกเขามีทฤษฎีใหม่ที่เรียกว่า 'การล่มสลายโดยตรง' ซึ่งอธิบาย SMBHs โบราณอย่างไม่น่าเชื่อเหล่านี้
บทความของพวกเขามีชื่อว่า“ ฟังก์ชั่นขนาดใหญ่ของหลุมดำมวลยวดยิ่งในฉากจำลองการล่มสลายโดยตรง” และตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal Letters ผู้เขียนคือ Shantanu Basu และ Arpan Das Basu เป็นผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการยอมรับในระยะแรกของการก่อตัวดาวฤกษ์และวิวัฒนาการดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ นอกจากนี้เขายังเป็นศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ Western University Das ยังมาจากภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของตะวันตกด้วย
ทฤษฎีการล่มสลายโดยตรงของพวกเขาบอกว่าหลุมดำขนาดใหญ่พิเศษนี้ก่อตัวเร็วมากในช่วงเวลาสั้น ๆ ทันใดนั้นพวกเขาก็หยุดเติบโต พวกเขาพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ใหม่เพื่ออธิบายหลุมดำโบราณที่ก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วเหล่านี้ พวกเขากล่าวว่า Eddington Limit ซึ่งเป็นความสมดุลระหว่างแรงแผ่คลื่นออกไปด้านนอกของดาวกับแรงโน้มถ่วงขาเข้ามีบทบาท
ในหลุมดำที่ยุบตัวตรงนี้ Eddington Limit ควบคุมการเติบโตของมวลและนักวิจัยกล่าวว่าหลุมดำโบราณเหล่านี้อาจเกินขีด จำกัด นั้นได้ด้วยจำนวนเล็กน้อย จากนั้นเนื่องจากการแผ่รังสีที่เกิดจากดาวฤกษ์อื่นและหลุมดำการผลิตของพวกเขาจึงหยุดลง
“ หลุมดำมวลมหาศาลมีช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้นที่พวกมันสามารถเติบโตอย่างรวดเร็วและในบางจุดเนื่องจากการแผ่รังสีทั้งหมดในเอกภพที่สร้างโดยหลุมดำและดาวอื่น ๆ การผลิตของพวกเขาก็หยุดลง” Basu อธิบาย แถลงข่าว “ นั่นคือสถานการณ์จำลองการล่มสลายโดยตรง”
“ นี่เป็นหลักฐานเชิงสังเกตการณ์ทางอ้อมว่าหลุมดำเกิดจากการยุบตัวโดยตรงไม่ใช่จากซากดาวฤกษ์” บาซูกล่าว
ทฤษฎีใหม่นี้ให้คำอธิบายที่มีประสิทธิภาพสำหรับสิ่งที่เป็นปัญหาทางดาราศาสตร์ในบางครั้ง บาซูเชื่อว่าผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้สามารถใช้กับการสำรวจในอนาคตเพื่อสรุปประวัติศาสตร์การก่อตัวของหลุมดำขนาดใหญ่มากที่มีอยู่ในช่วงเวลาแรก ๆ ในจักรวาลของเรา
แหล่งที่มา:
- ข่าวประชาสัมพันธ์: นักวิจัยส่องแสงบนต้นกำเนิดหลุมดำ
- บทความวิจัย: ฟังก์ชั่นขนาดใหญ่ของหลุมดำมวลมหาศาลในสถานการณ์จำลองโดยตรง
- นิตยสาร Space: ใหญ่เกินไปเร็วเกินไป หลุมดำของมอนสเตอร์มองเห็นได้ไม่นานหลังจากบิกแบง
- Princeton University: นักดาราศาสตร์ค้นพบ 83 หลุมดำมวลมหาศาลในจักรวาลยุคแรก
- Wikipedia: Eddington Luminosity (จำกัด )
