Penyelidik UCLA mencadangkan teori pecah tanah yang menunjukkan bahawa jirim gelap memainkan peranan penting dalam pembentukan lubang hitam supermasif di alam semesta awal, menawarkan penyelesaian kepada teka-teki kosmik yang telah lama wujud.
Satu pasukan ahli astrofizik UCLA telah mencadangkan teori yang luar biasa untuk menjelaskan kewujudan lubang hitam supermasif di alam semesta awal, misteri yang telah membingungkan saintis selama beberapa dekad. Kajian mereka, diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters, mencadangkan bahawa jirim gelap mungkin telah memainkan peranan penting dalam pembentukan gergasi kosmik yang sangat besar ini jauh lebih awal daripada yang difikirkan sebelum ini.
Lubang hitam supermasif, seperti yang terdapat di tengah galaksi Bima Sakti kita, biasanya terbentuk selama berbilion tahun. Entiti-entiti besar ini, sesetengahnya dengan jisim berbilion kali ganda daripada matahari kita, dianggap timbul daripada pengumpulan gas dan bintang secara beransur-ansur dan melalui penggabungan lubang hitam. Namun, Teleskop Angkasa James Webb telah mengesan lubang hitam supermasif yang nampaknya telah terbentuk semasa peringkat awal alam semesta, memberikan paradoks kepada teori astrofizik konvensional.
"Betapa mengejutkannya apabila menemui lubang hitam supermasif dengan satu bilion jisim suria apabila alam semesta itu sendiri hanya berusia setengah bilion tahun," kata Alexander Kusenko, seorang profesor fizik dan astronomi di UCLA dan pengarang kanan kajian itu, dalam a Siaran akhbar. "Ia seperti mencari kereta moden di antara tulang dinosaur dan tertanya-tanya siapa yang membina kereta itu pada zaman prasejarah."
Penemuan yang membingungkan ini telah memaksa penyelidik untuk melihat di luar penjelasan tradisional. Sesetengah saintis telah mencadangkan bahawa awan besar gas mungkin terus runtuh ke dalam lubang hitam supermasif, memintas proses panjang evolusi bintang dan penggabungan. Walau bagaimanapun, penyejukan awan gas yang cepat biasanya membawa kepada pemecahan mereka menjadi objek yang lebih kecil, menghalang pembentukan lubang hitam yang besar.
"Seberapa cepat gas menyejuk mempunyai banyak kaitan dengan jumlah hidrogen molekul," kata Yifan Lu, pengarang pertama kajian itu dan pelajar kedoktoran di UCLA, dalam siaran berita. “Molekul [H]hidrogen menjadi agen penyejuk kerana ia menyerap tenaga haba dan memancarkannya. Awan hidrogen di alam semesta awal mempunyai terlalu banyak molekul hidrogen, dan gas menyejuk dengan cepat dan membentuk lingkaran cahaya kecil dan bukannya awan besar."
Dengan menerokai wilayah yang belum dipetakan, Lu, bersama penyelidik pasca doktoral Zachary Picker, mengenal pasti penyelesaian yang mungkin. Mereka membangunkan simulasi yang menggabungkan sinaran tambahan yang mempengaruhi penyejukan awan gas. Sinaran ini, mereka mendapati, boleh mengganggu hidrogen molekul dan menghalang gas daripada menyejuk terlalu cepat, dengan itu membenarkan awan besar terbentuk dan akhirnya runtuh ke dalam lubang hitam supermasif.
"Jika anda menambah sinaran dalam julat tenaga tertentu, ia memusnahkan hidrogen molekul dan mewujudkan keadaan yang menghalang pemecahan awan besar," tambah Lu.
Tetapi apakah yang boleh menjadi sumber sinaran kritikal ini?
Jawapan mereka menunjuk ke arah jirim gelap, bentuk jirim yang sukar difahami yang membentuk sebahagian besar alam semesta. Walaupun jirim gelap telah dikesan melalui pengaruh gravitinya, sifat sebenarnya masih tidak diketahui. Para penyelidik membuat spekulasi bahawa jirim gelap boleh terdiri daripada zarah tidak stabil yang mereput menjadi foton - zarah cahaya yang boleh menghasilkan sinaran yang diperlukan untuk memastikan awan hidrogen cukup panas untuk mengelakkan pemecahan.
"Ini boleh menjadi penyelesaian mengapa lubang hitam supermasif ditemui sangat awal," tambah Picker. "Jika anda optimis, anda juga boleh membaca ini sebagai bukti positif untuk satu jenis jirim gelap. Jika lubang hitam supermasif ini terbentuk akibat keruntuhan awan gas, mungkin sinaran tambahan yang diperlukan perlu datang daripada fizik yang tidak diketahui mengenai sektor gelap.
Teori ini bukan sahaja memberikan penjelasan yang munasabah untuk pembentukan lubang hitam supermasif awal tetapi juga membayangkan interaksi baru antara jirim gelap dan jirim biasa. Interaksi sedemikian boleh merevolusikan pemahaman kita tentang kosmos dan membuka jalan baharu untuk meneroka sifat jirim gelap.
Apabila ahli astrofizik terus merungkai misteri alam semesta awal, kajian ini mewakili satu langkah besar ke hadapan dalam memahami bagaimana beberapa objek tertua dan paling besar yang wujud telah wujud. Peranan jirim gelap yang menarik dalam saga kosmik ini menggariskan kerumitan dan keajaiban alam semesta, mengingatkan kita bahawa banyak rahsianya masih belum terbongkar.