Dezintegrarea materiei întunecate ar fi putut juca un rol crucial în declanșarea formării găurilor negre supermasive (supermassive black holes, SMBH) în Universul timpuriu, conform unei echipe de astronomi din SUA. Folosind o combinație de simulări ale norilor de gaz și calcule teoretice asupra materiei întunecate, Yifan Lu și colegii săi de la Universitatea din California, Los Angeles, au descoperit dovezi promițătoare că dezintegrarea materiei întunecate ar fi putut furniza radiația necesară pentru a preveni fragmentarea norilor de gaz primordiali în timp ce aceștia intrau în colaps. Ele au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review Letters.
Se crede că SMBH-urile se află în centrul celor mai mari galaxii și pot fi de sute de mii până la miliarde de ori mai masive decât Soarele. Timp de decenii, astronomii au fost nedumeriți cu privire la modul în care aceste obiecte imense s-au format, iar misterul s-a adâncit odată cu observațiile recente ale Telescopului Spațial James Webb (JWST). Din 2023, JWST a detectat SMBH-uri care existau la mai puțin de un miliard de ani după nașterea universului. Aceasta este mult prea devreme pentru a fi rezultatul evoluției stelare convenționale, prin care găurile negre mai mici se contopesc pentru a crea un SMBH. O explicație alternativă este că mari nori de gaz primordiali din universul timpuriu s-au prăbușit direct în SMBH-uri. Totuși, după cum explică Lu, această teorie pune la încercare înțelegerea noastră asupra comportamentului materiei: „Calculele detaliate arată că, în absența unei radiații neobișnuite, cei mai mari nori de gaz tind să se fragmenteze și să formeze o multitudine de mici halouri, nu o singură gaură neagră supermasivă”, spune el. „Aceasta se datorează formării hidrogenului molecular, care răcește restul gazului prin emisia de energie termică.” Pentru ca SMBH-urile să se formeze în aceste condiții, hidrogenul molecular ar fi trebuit să fie cumva suprimat, ceea ce ar necesita o sursă suplimentară de radiație din interiorul acestor nori antici. Studii recente au propus că această energie suplimentară ar fi putut proveni din dezintegrarea ipoteticelor particule de materie întunecată în fotoni.
„Această radiație suplimentară ar putea cauza disocierea hidrogenului molecular, prevenind fragmentarea marilor nori de gaz în bucăți mai mici”, explică Lu. „În acest caz, gravitația ar forța întregul nor mare să se prăbușească ca un întreg într-o [SMBH].” În câteva studii recente, cercetătorii au folosit simulări și estimări teoretice pentru a investiga această posibilitate. Cu toate acestea, majoritatea studiilor s-au concentrat fie pe mecanismele prăbușirii norilor de gaz, fie pe emisiile produse de dezintegrarea materiei întunecate, cu puțină suprapunere între cele două.
„Simulările computerizate ale norilor de gaz care s-ar putea prăbuși direct în găuri negre au fost studiate pe larg de grupuri de pe partea de astrofizică și au examinat modul în care sursele suplimentare de radiație sunt un ingredient necesar”, explică colegul lui Lu, Zachary Picker. „În același timp, oamenii de pe partea materiei întunecate au efectuat unele estimări teoretice și au descoperit că părea puțin probabil ca materia întunecată să fie sursa acestei radiații suplimentare”, adaugă Picker. În studiul lor, Lu, Picker și Alexander Kusenko au căutat să unească aceste două abordări, simulând prăbușirea unui nor de gaz atunci când este supus radiației produse de dezintegrarea mai multor candidate diferite de particule de materie întunecată. Așa cum au prezis, unele dintre aceste particule ar putea, într-adevăr, furniza radiația lipsă necesară pentru a disocia hidrogenul molecular, permițând întregului nor să se prăbușească într-un singur SMBH.
Cu toate acestea, materia întunecată este o substanță ipotetică care nu a fost detectată niciodată direct. Drept urmare, grupul recunoaște că în prezent nu există o modalitate sigură de a-și verifica rezultatele experimental. Deocamdată, acest lucru înseamnă că modelul lor va rămâne pe o listă tot mai mare de teorii care încearcă să explice formarea SMBH-urilor. Dar dacă situația se va schimba în viitor, cercetătorii speră că modelul lor ar putea reprezenta un pas important înainte în înțelegerea evoluției universului timpuriu. „Într-o zi, sper că în timpul vieții mele, vom descoperi ce este materia întunecată, iar atunci, dintr-o dată, toate lucrările scrise despre acel tip particular vor deveni magic ‘corecte’”, spune Picker. „Tot ce putem face până atunci este să continuăm să încercăm idei noi și să sperăm că ele vor dezvălui ceva interesant.”
