Există găuri negre „super-supermasive”, denumite „SLAB” („stupendously large black holes”), de peste 100 de miliarde de mase solare.

Este concluzia unui nou studiu publicat în arhiva ştiinţifică online arXiv de o echipă de cercetători care sugerează că aceste găuri negre „super-supermasive” ar putea face lumină cu privire la natura misterioasei materii întunecate ce reprezintă 4/5 din materia întregului Univers, conform cercetătorilor.

În centrul majorităţii galaxiilor din Univers, dacă nu chiar al tuturor, se află câte o gaură neagră supermasivă, cu masa de ordinul milioanelor sau chiar miliardelor de ori mai mare decât a Soarelui. Spre exemplu, în centrul Căii Lactee se află gaura neagră supermasivă Sagittarius A*, care are masa de aproximativ 4,5 milioane de mase solare.

Deocamdată, cea mai mare gaură neagră cunoscută, care activează quasarul (nucleu galactic activ) TON 618, are masa de 66 de miliarde de mase solare. Descoperirea acestei găuri negre i-a făcut pe oamenii de ştiinţă să se întrebe dacă nu pot exista şi găuri negre încă şi mai masive şi dacă există o limită de masă până la care aceşti monştri gravitaţionali pot creşte.

Cercetătorii s-au oprit, în noul studiu, asupra ipoteticelor găuri negre care au masa de cel puţin 100 de miliarde de sori - mai mari decât orice altă gaură neagră descoperită până în prezent. Deşi precizează că nu există încă nicio dovadă concretă a existenţei lor, cercetătorii au invocat faptul că există găuri negre supermasive de dimensiuni apropiate.

„Este suprinzător cât de puţină atenţie a fost acordată până acum existenţei găurilor negre SLAB, pentru că aceste găuri negre pot exista în principiu”, spune unul dintre co-autorii studiului, Florian Kühnel, specialist în cosmologie la Universitatea Ludwig Maximilian din Munchen.

Una dintre întrebările importante cu privire la găurile negre SLAB este dacă se pot forma. Numeroase lucruri au rămas însă incerte şi cu privire la procesul de formare al găurilor negre supermasive. Cea mai răspândită ipoteză este că găurile negre supermasive din centrul galaxiilor s-au format pe măsură ce găuri negre mai mici au fuzionat şi au acumulat materia din spaţiul din jur. Alte studii au arătat însă cât de şubred este acest raţionament pentru că nu poate explica formarea găurilor negre supermasive în perioada de început a Universului, pe când cosmosul avea doar câteva miliarde de ani, conform unui alt co-autor al studiului, Bernard Carr, specialist în cosmologie la Universitatea Queen Mary din Londra.

O altă posibilă explicaţie cu privire la modul în care se formează atât găurile negre supermasive cât şi găurile negre SLAB face trimitere la conceptul de gaură neagră primordială, a mai adăugat Carr. Sunt cercetători care sugerează că la interval de 1 secundă după Big Bang, fluctuaţiile aleatoare de densitate în supa fierbinte de particule a noului Univers aflat în plină expansiune ar fi dus la formarea unor buzunare în care erau concentrate cantităţi suficiente de materie pentru a colapsa formând găuri negre. Aceste găuri negre primordiale ar fi putut fi seminţele care au dus ulterior la apariţia primelor găuri negre supermasive.

Dacă găurile negre primordiale au existat într-adevăr, ele pot contribui la explicarea naturii materiei întunecate. Deşi se crede că materia întunecată reprezintă majoritatea covârşitoare a materiei din Univers, încă nu se ştie din ce este ea formată şi nu a fost observată niciodată în mod direct (ea poate fi studiată doar prin efectele gravitaţionale pe care le produce asupra materiei ordinare, barionice). Natura materiei întunecate reprezintă unul dintre cele mai mari mistere ale ştiinţei.

„A existat un interes crescut pentru a afla dacă găurile negre primordiale, de masă modestă, ar putea fi sursa materiei întunecate”, conform unui al treilea co-autor, Luca Visinelli, astrofizician la Universitatea din Amsterdam.

O modalitate pentru a detecta găurile negre SLAB este prin efectul de lentilă gravitaţională. Conform teoriei relativităţii generale a lui Einstein, cu cât un obiect are masa mai mare, cu atât deformează mai mult continuul spaţiu-timp din jur său şi cu atât mai puternică este atracţia sa gravitaţională. Gravitaţia poate modifica traiectoria luminii şi astfel, obiectele văzute prin câmpuri gravitaţionale extrem de puternice, aşa cum sunt cele produse de găurile negre, sunt observate ca printr-o lentilă. Oamenii de ştiinţă au precizat că există cercetări recente pentru identificarea efectelor de lentilă gravitaţională produse de obiecte cosmice mai puţin masive, cercetări a căror metodologie poate fi folosită şi pentru a căuta găurile negre de tip SLAB.

O altă modalitate de a detecta găurile negre SLAB este prin efectele pe care astfel de monştri cosmici ar trebui să le aibă asupra mediului din jur - distorsionarea gravitaţională a unor întregi galaxii. Astfel de găuri negre pot genera căldură, lumină şi alte forme de radiaţii în timp ce consumă materie barionică pe care astronomii o pot detecta.

În afara găurilor negre primordiale, un alt potenţial candidat pentru elucidarea misterului materiei întunecate este tipul de particule ipotetice denumite WIMP (weakly interacting massive particles). Dacă aceste particule există, ar fi invizibile şi în mare măsură complet intangibile, însă studii anterioare au sugerat că dacă două particule WIMP ar intra în coliziune, acestea s-ar anihila reciproc şi ar emite radiaţii gamma - oferindu-le oamenilor de ştiinţă o modalitate indirectă de detecta aceste particule. Atracţia gravitaţională extremă a găurilor negre din categoria SLAB ar atrage un halou de particule WIMP în jurul lor, iar emisiile de radiaţii gamma rezultate în urma ciocnirilor dintre particulele WIMP ar putea astfel, indirect, să indice locul unde se află aceste găuri negre super-super masive, conform lui Visinelli.

„Cu toţii ştim că găurile negre pot exista într-o plajă vastă de mase, aşa că este firesc să ne întrebăm dacă există în mod natural o limită superioară a masei” pe care aceşti monştri cosmici o pot avea, conform lui Carr. „Unii pot fi sceptici cu privire la existenţa găurilor negre SLAB, invocând faptul că ar fi prea dificil să se formeze o astfel de gaură neagră. Să ne amintim însă că existau sceptici şi cu privire la existenţa găurilor negre supermasive de masă intermediară, până când acestea au fost descoperite. Nu ştim dacă găurile negre super-supermasive există, dar sperăm că lucrarea noastră va motiva comunitatea ştiinţifică să abordeze această temă”.