Στην καρδιά σχεδόν κάθε γαλαξία κρύβεται ένας κοσμικός γίγαντας: μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα. Τα αντικείμενα αυτά, που ζυγίζουν εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές περισσότερο από τον Ήλιο μας, διαθέτουν τόσο ισχυρή βαρύτητα ώστε ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτά. Η παρουσία τους δεν είναι απλώς εντυπωσιακή, αλλά καθοριστική για τη μορφολογία και την εξέλιξη των ίδιων των γαλαξιών. Ρυθμίζουν τον σχηματισμό άστρων, την κίνηση ολόκληρων σμηνών και τη δυναμική της κοσμικής γειτονιάς τους. Ακόμη και ο δικός μας Γαλαξίας φιλοξενεί στο κέντρο του το Sagittarius A*, μια μαύρη τρύπα τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών. Παρά τη σημασία τους, το πώς ακριβώς σχηματίζονται αυτές οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της αστροφυσικής.
Μια νέα μελέτη με επικεφαλής τον θεωρητικό αστροφυσικό Jonathan Tan από το University of Virginia επιχειρεί να δώσει μια φρέσκια απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Ο Tan, γνωστός για την έρευνά του στη γέννηση άστρων και πλανητών, στηρίζεται σε δεκαετίες θεωρητικής δουλειάς και παρουσιάζει το μοντέλο Pop III.1. Η πρόταση αυτή συνδέει την κατάρρευση των πρώτων άστρων του Σύμπαντος, γνωστών και ως πρωταρχικών άστρων, με τη δημιουργία των πρώτων «σπόρων» που οδήγησαν στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Τα Population III άστρα, όπως τα ονόμασαν οι επιστήμονες, ήταν οι πρώτοι αστρικοί σχηματισμοί που εμφανίστηκαν μετά το Big Bang. Δημιουργήθηκαν αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο, χωρίς βαριά στοιχεία όπως άνθρακα ή οξυγόνο, τα οποία σήμερα γνωρίζουμε ότι ρυθμίζουν τη θερμοκρασία και την εξέλιξη των άστρων. Σύμφωνα με το μοντέλο Pop III.1, η απουσία αυτών των στοιχείων επέτρεψε στα πρωταρχικά άστρα να αποκτήσουν τεράστιες μάζες, ακόμη και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου. Η σύντομη ζωή τους κατέληξε σε καταρρεύσεις κολοσσιαίας κλίμακας, αφήνοντας πίσω μαύρες τρύπες που αποτέλεσαν τους «πυρήνες» πάνω στους οποίους χτίστηκαν οι πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Με τον χρόνο, αυτές μεγάλωσαν και εξελίχθηκαν στα ακραία αντικείμενα που παρατηρούμε σήμερα στο κέντρο των γαλαξιών.
Η σημασία των Pop III.1 άστρων δεν περιορίζεται στη δημιουργία μαύρων τρυπών. Η έντονη ακτινοβολία τους ιονίζει το υδρογόνο γύρω τους, ενεργοποιώντας μια κρίσιμη φάση της ιστορίας του Σύμπαντος: τον κοσμικό επαναϊονισμό. Αυτή η περίοδος άλλαξε ριζικά τη δομή και την ενεργειακή ισορροπία του Σύμπαντος, μετατρέποντας το σκοτεινό χάος σε ένα φωτεινό και δυναμικό περιβάλλον. Στην αστρονομία, το φαινόμενο αυτό συχνά περιγράφεται ως ένα είδος «κοσμικής λάμψης» που σηματοδότησε την αυγή των γαλαξιών και των άστρων.
Η θεωρία Pop III.1 επιχειρεί να δώσει απαντήσεις και σε άλλα ανοιχτά ζητήματα της Κοσμολογίας. Ανάμεσά τους είναι η «ένταση Hubble», δηλαδή οι διαφωνίες σχετικά με την πραγματική ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος, αλλά και ερωτήματα για τη φύση της Σκοτεινής Ενέργειας ή για τις μάζες των νετρίνων. Συνδέοντας τα πρώτα άστρα με την κοσμική εξέλιξη σε μεγάλη κλίμακα, το μοντέλο του Tan προσφέρει μια ενιαία εικόνα που μπορεί να ερμηνεύσει διαφορετικά φαινόμενα.
Φυσικά, το σενάριο Pop III.1 δεν είναι το μοναδικό. Άλλες θεωρίες υποστηρίζουν ότι οι μαύρες τρύπες μπορεί να σχηματίστηκαν απευθείας από πυκνές ανωμαλίες στην ύλη αμέσως μετά το Big Bang, χωρίς να μεσολαβήσει η δημιουργία άστρων. Μια άλλη εκδοχή κάνει λόγο για την άμεση κατάρρευση τεράστιων νεφών αερίου που δεν εξελίχθηκαν ποτέ σε άστρα. Κάθε προσέγγιση προσπαθεί να εξηγήσει το ίδιο μυστήριο με εντελώς διαφορετικούς μηχανισμούς.
Το μοντέλο Pop III.1 συναντά και προκλήσεις. Τα δεδομένα από την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, ιδιαίτερα αυτά που σχετίζονται με το φαινόμενο Sunyaev-Zeldovich, θέτουν περιορισμούς στον βαθμό και στο χρονοδιάγραμμα του επαναϊονισμού. Αυτό σημαίνει ότι οι υπολογισμοί για τον ρόλο των Pop III άστρων ίσως χρειαστεί να επαναξιολογηθούν ώστε να συμφωνούν με τις παρατηρήσεις. Ωστόσο, η θεωρία παραμένει εξαιρετικά ελκυστική, καθώς προσφέρει έναν συνεκτικό μηχανισμό που συνδέει τις απαρχές του Σύμπαντος με τη γέννηση των πιο ακραίων κοσμικών δομών.
Όσο η τεχνολογία των τηλεσκοπίων και των παρατηρητηρίων βαρυτικών κυμάτων προχωρά, τόσο περισσότερα δεδομένα θα έχουμε για να ελέγξουμε αυτά τα σενάρια. Αν οι προβλέψεις του Pop III.1 επιβεβαιωθούν, τότε θα έχουμε πλησιάσει ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του πώς οι πρώτοι κοσμικοί σπόροι έθεσαν τα θεμέλια για τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.
[via]
