U posljednjih nekoliko godina, astrofizika je doživjela značajna otkrića koja su uzdrmala naše dosadašnje razumijevanje svemira. Jedno od tih otkrića odnosi se na formiranje supermasivnih crnih rupa u ranim fazama svemira, što je izazvalo brojne rasprave i teorije u znanstvenoj zajednici. Naime, teleskop James Webb (JWST) nedavno je zabilježio prisutnost supermasivnih crnih rupa u vremenskom razdoblju kada je svemir bio star tek nekoliko stotina milijuna godina. Ovo otkriće je izazvalo šok jer prema dosadašnjim modelima formiranja crnih rupa, ove strukture ne bi trebale postojati tako rano. Kako su, dakle, ovi kozmički divovi uspjeli nastati u tako kratkom vremenu?

Klasične teorije formiranja crnih rupa predviđaju da one nastaju kroz dugotrajne procese koji uključuju akreciju plina, spajanje zvijezda i spajanje manjih crnih rupa. Ovi procesi traju milijardama godina, što znači da bi supermasivne crne rupe, poput onih koje su otkrivene, trebale nastati mnogo kasnije u povijesti svemira. No, prisutnost ovih masivnih objekata u ranom svemiru sugerira da se nešto drugo događa, nešto što naše dosadašnje teorije ne mogu objasniti. Ovdje u priču ulazi tamna tvar, misteriozna komponenta svemira koja čini većinu njegove mase, ali koju ne možemo izravno promatrati.

Tamna tvar je jedna od najvećih misterija moderne fizike. Iako ne emitira, ne apsorbira niti reflektira svjetlost, znanstvenici su svjesni njezinog postojanja zbog gravitacijskih učinaka koje ima na vidljivu materiju. Nova istraživanja sugeriraju da tamna tvar možda ima ključnu ulogu u formiranju supermasivnih crnih rupa. Prema najnovijim simulacijama, čestice tamne tvari mogu se sudarati jedna s drugom, stvarajući zračenje koje utječe na hlađenje vodikovih oblaka u ranom svemiru. Ovo zračenje sprječava brzo hlađenje vodika, što zauzvrat sprječava fragmentaciju oblaka i omogućuje gravitaciji da formira veće strukture, poput supermasivnih crnih rupa.

Jedan od ključnih elemenata u ovom procesu je molekularni vodik. U ranom svemiru, vodik se često spajao u molekule koje su postale glavni agenti hlađenja. Ove molekule apsorbiraju toplinsku energiju i zrače je dalje, što dovodi do brzog hlađenja plina. Međutim, ako zračenje uništi ove molekule, hlađenje se usporava, a oblak plina ostaje dovoljno vruć da gravitacija može preuzeti kontrolu i formirati masivne strukture. Prema istraživanju tima sa Sveučilišta u Kaliforniji, Los Angeles (UCLA), tamna tvar može emitirati upravo takvo zračenje koje uništava molekularni vodik i sprječava njegovo hlađenje.

Znanstvenici su dugo sumnjali da tamna tvar igra ključnu ulogu u formiranju struktura u svemiru, ali tek nedavno su počeli razumijevati kako bi to moglo funkcionirati. Tamna tvar se ne ponaša poput obične materije. Ona ne emitira svjetlost, ali ipak ima masu i gravitacijski utječe na okolnu materiju. U teorijama koje istražuju tamnu tvar, predlaže se da bi ona mogla biti sastavljena od različitih vrsta čestica, uključujući one koje su nestabilne i koje se mogu raspadati na fotone, čestice svjetlosti. Upravo ti fotoni mogu biti ključni u sprječavanju hlađenja vodikovih oblaka u ranom svemiru.

Ova teorija ima dalekosežne posljedice za naše razumijevanje svemira. Ako se potvrdi, to bi značilo da tamna tvar ne samo da igra ulogu u formiranju struktura u svemiru, već bi mogla biti i ključ za razumijevanje kako su nastale prve supermasivne crne rupe. Nadalje, ovo bi moglo značiti da tamna tvar nije homogena i jednostavna kako smo prije mislili, već da ima kompleksnu strukturu i dinamiku koja još nije potpuno shvaćena.

Osim toga, istraživanja sugeriraju da bi tamna tvar mogla biti odgovorna za stvaranje takozvanih sjemenih crnih rupa, koje su potom rasle spajanjem i akrecijom materije kako bi postale supermasivne crne rupe koje danas promatramo. Ova hipoteza, iako još uvijek nije dokazana, mogla bi objasniti zašto vidimo supermasivne crne rupe u tako ranim fazama svemira, kada prema dosadašnjim teorijama ne bi trebale postojati.

Znanstvenici se nadaju da će nova generacija teleskopa, poput Giant Magellan teleskopa, omogućiti detaljnija promatranja koja će moći testirati ove hipoteze. Ovi teleskopi imat će sposobnost promatranja udaljenih dijelova svemira s nevjerojatnom preciznošću, što bi moglo pružiti dodatne dokaze o ulozi tamne tvari u formiranju supermasivnih crnih rupa.

U međuvremenu, astrofizičari nastavljaju s razvojem sve sofisticiranijih simulacija koje pokušavaju rekonstruirati uvjete u ranom svemiru. Ove simulacije omogućuju im da testiraju različite scenarije i predviđaju kako bi se tamna tvar mogla ponašati u različitim okolnostima. Na temelju tih simulacija, znanstvenici mogu razviti nove teorije koje će nam pomoći da bolje razumijemo kako je naš svemir evoluirao.

Iako su mnoga pitanja još uvijek otvorena, jedno je sigurno: tamna tvar igra ključnu ulogu u našem razumijevanju svemira. Bez nje, ne bismo mogli objasniti mnoge fenomene koje danas promatramo, uključujući formiranje supermasivnih crnih rupa. Dok znanstvenici nastavljaju s istraživanjima, svaki novi podatak nas približava rješenju ovog velikog misterija. Svemir je složeno i nevjerojatno mjesto, a tamna tvar je samo jedan od mnogih elemenata koji ga čine tako fascinantnim.

Na kraju, važno je napomenuti da su ova istraživanja još uvijek u ranoj fazi. Iako teorije o tamnoj tvari i formiranju supermasivnih crnih rupa pružaju fascinantne uvide, potrebno je još mnogo rada i istraživanja prije nego što budemo mogli sa sigurnošću reći kako je tamna tvar utjecala na formiranje svemira kakvog danas poznajemo. No, jedno je sigurno: tamna tvar je ključ za razumijevanje mnogih misterija svemira, i kako naše razumijevanje te tvari raste, tako će rasti i naše razumijevanje svemira kao cjeline.

Zahvaljujući naporima znanstvenika diljem svijeta, sve smo bliži razumijevanju kako su nastale prve supermasivne crne rupe i kakvu ulogu je tamna tvar odigrala u tom procesu. Ovo istraživanje nije samo važno za astrofiziku, već i za našu cjelokupnu sliku svemira i našeg mjesta u njemu. Svako novo otkriće otvara nova pitanja i mogućnosti, i dok se bavimo ovim misterijima, postajemo svjesni koliko još toga ne znamo o svemiru koji nas okružuje.

Izvor: University of California