Când vine vorba de găurile negre primordiale suspectate ca materie întunecată, scuza lor poate fi pe cale să se destrame. Găurile negre minuscule, care s-au format la câteva secunde după nașterea universului, pot persista mai mult decât se aștepta, ridicând noi suspiciuni că găurile negre primordiale ar putea fi responsabile pentru materia întunecată, cea mai misterioasă materie din univers.
Materia întunecată reprezintă în prezent una dintre cele mai presante probleme din fizică. Acest lucru se datorează faptului că, deși reprezintă aproximativ 85% din materia din univers, materia întunecată rămâne invizibilă pentru ochii noștri, deoarece nu interacționează cu lumina.
Deoarece particulele care alcătuiesc atomii care alcătuiesc obiectele „obișnuite” pe care le putem vedea, cum ar fi stelele, planetele și propriul nostru corp, interacționează în mod clar cu lumina, acest lucru a determinat o căutare a particulelor de materie întunecată în afara modelului standard de particule. fizică. Mulți oameni de știință cred că răspunsul se află încă în Modelul standard, cu toate acestea, dacă ne uităm la un văr mai mic al obiectelor cosmice, de obicei le vedem ca fiind extrem de masive, chiar monstruoase: găurile negre.
Legate de: O nouă vedere a găurii negre supermasive din inima Căii Lactee sugerează o caracteristică ascunsă interesantă (imagine)
om de știință al Institutului Max Planck Valentin Thos Și Anna Fernandez Alexander De la Universitatea din Lisabona, doi cercetători au participat recent la astfel de studii. Ei presupun ipoteza că micile găuri negre care au apărut cu mai bine de 13,8 miliarde de ani în urmă, imediat după Big Bang, și nu sunt mai mari decât un proton, s-ar fi putut uni în suspecți de materie întunecată fără a fi nevoie de o nouă fizică.
Nu numai că schimbarea recentă a gândirii cu privire la modul în care găurile negre s-au „evaporat” a condus la o reevaluare a viabilității găurilor negre primordiale, deoarece se suspectează materia întunecată, dar, deoarece căutarea particulelor de materie întunecată continuă să scoată în mare parte un gol, ar putea începe. Mai mulți cercetători se uită mai serios la teoria primordială a găurii negre a materiei întunecate.
Ce sunt găurile negre primordiale?
„Așa cum sugerează și numele, găurile negre primordiale sunt un tip de gaură neagră care s-a format la începutul universului”, a spus Thos pentru Space.com. „De fapt, în prima fracțiune de secundă a universului.”
El a explicat că toate structurile pe care le observăm în univers, de la superclustere de galaxii până la galaxii din interiorul lor, sunt formate de ușoare densități în exces în spațiu care au fost prezente la începutul universului. Dacă universul timpuriu ar fi experimentat fluctuații de densitate mult mai puternice decât cele care au creat aceste caracteristici, iar aceste fluctuații s-au prăbușit mai devreme decât s-au format galaxiile, acele pete extrem de dense ar fi putut stimula găurile negre primordiale.
În funcție de momentul în care a avut loc această prăbușire, precum și de dimensiunea prăbușirii, aceste găuri negre primordiale vor avea mase foarte diferite, a adăugat Thos. Găurile negre primordiale considerate de Thos și Fernandez-Alexander drept posibili candidați pentru materia întunecată ar avea mase cuprinse între câteva tone și o mie de tone, mai exact, care este mai mică decât masa unei planete și mai mult în categoria unei mici. asteroid.
Având în vedere că cele mai mici găuri negre pe care oamenii de știință le-au descoperit până acum, cunoscute sub denumirea de găuri negre cu masă stelară, au mase echivalente cu între 3 și 50 de ori masa Soarelui – care el însuși este de 2,2 ori 10 la puterea a 27-a (22 urmată de 26). ). (Zero) tone – Aceste găuri negre primordiale sunt incredibil de mici.
Ca și omologii lor mai mari de găuri negre care s-au format fie din prăbușirea stelelor masive, fie din fuziunea unor găuri negre relativ mai mici, conform lui Fernandez-Alexander, găurile negre primordiale ar avea o graniță exterioară care captează lumina numită orizont de evenimente. Diametrul acestui orizont este determinat de masa găurii negre, ceea ce înseamnă că orizontul evenimentelor ar fi incredibil de mic în acele cazuri. „Mai mică decât raza unui proton”, a spus Fernandez-Alexander.
Micile găuri negre primordiale au fost excluse anterior ca candidate pentru materia întunecată, deoarece se crede că toate găurile negre „scurg” un tip de radiație termică care a fost emis pentru prima dată de Stephen Hawking în 1974 și mai târziu numită „radiație Hawking”.
Cu cât gaura neagră este mai mică, cu atât radiația Hawking poate scăpa mai repede și, prin urmare, cu atât trebuie să se evapore mai repede. Aceasta înseamnă că dacă găurile negre primordiale ar exista deloc, cele mai mici exemple nu ar trebui să existe astăzi, dar materia întunecată există în mod clar.
„Găurile negre primordiale cu masele pe care Anna și cu mine le studiem acum erau considerate anterior improbabile, deoarece se presupunea că s-au evaporat complet până în acest moment în univers”, a spus Thos.
Cu toate acestea, lucrările recente ale lui György Dvali, un fizician teoretician la Universitatea din München, care a colaborat cu Thos și Fernandez-Alexander, au sugerat că procesul de evaporare se întrerupe la un moment dat. Aceasta înseamnă că găurile negre primordiale cu masele considerate de oameni de știință ar putea atinge o stare cvasi-staționară.
„Pentru a-și reduce masa prin emiterea de radiații Hawking, gaura neagră trebuie să-și rescrie informațiile sau altceva. Și acest proces de rescriere necesită timp”, a explicat Fernandez-Alexander. „Acest lucru se numește „povara memoriei”, deoarece acea memorie trebuie acum să treacă la altceva, iar acest lucru încetinește procesul general de evaporare. Deci este un fel de stabilizare”.
Acest „mecanism de salvare” înseamnă că găurile negre primordiale au revenit ca potențiali candidați pentru materia întunecată!
Un sunet mort pentru materia întunecată?
Cu toate acestea, faptul că găurile negre primordiale există astăzi în univers nu înseamnă imediat că ar trebui considerate suspecți de materie întunecată. De fapt, există și alte motive pentru a lega aceste mici găuri negre ipotetice de conținutul misterios de materie al universului.
Poate cea mai evidentă legătură este că materia întunecată nu interacționează cu lumina. Materia întunecată nu emite și nu reflectă lumină, iar orizontul evenimentelor care mărginește toate găurile negre marchează punctul în care viteza de evacuare necesară traversării depășește viteza luminii. Aceasta înseamnă că găurile negre primordiale ar „prinde” toată lumina incidentă, rezultând o aparentă lipsă de interacțiuni.
„Dacă sunt suficient de luminoase, atunci undeva în jurul unei mase planetare, găurile negre primordiale se comportă ca particule de materie întunecată pentru toate scopurile care ne pasă”, a spus Thos. „Materia întunecată este „fără coliziuni” în modelele standard, astfel încât particulele de materie întunecată nu interacționează între ele până la punctul în care afectează universul.”
El a adăugat că, dacă găurile negre primordiale ar fi mai ușoare decât masele planetare, ele ar fi, chiar și la scara cosmică de timp, atât de mici încât s-ar ciocni rareori. Aceste găuri negre primordiale s-ar putea combina pentru a crea efectele gravitaționale pe care le atribuim în prezent materiei întunecate, cum ar fi furnizarea unei influențe gravitaționale care împiedică distrugerea galaxiilor cu rotație rapidă.
Totuși, dacă găurile negre primordiale ar trebui să se agrupeze pentru a explica efectele materiei întunecate, ce ar împiedica aceste găuri negre să se adune și să fuzioneze pentru a forma găuri negre mai mari? Oare o grămadă de găuri negre minuscule nu ar deveni în cele din urmă doar o gaură neagră supermasivă? Acest lucru a fost investigat, iar răspunsul este simplu: „Nu”, a spus Thos.
„Chiar dacă luați în considerare aglomerarea, scalele de timp ale fuziunii sunt atât de lungi încât s-ar îmbina în găuri negre foarte masive pe toată durata de viață a universului”, a continuat el.
Thos a adăugat că frumusețea utilizării găurilor negre primordiale ca explicație pentru materia întunecată este că, spre deosebire de propunerea unei particule ipotetice precum axa pentru a explica puzzle-ul, găurile negre primordiale nu necesită o extensie a modelului standard al fizicii particulelor. Cea mai bună explicație a noastră despre univers este la scară subatomică.
Cu toate acestea, ar fi foarte dificil să confirmăm găurile negre primordiale ca materie întunecată, dacă ele explică într-adevăr acest fenomen. Din nou, natura lor de captare a luminii înseamnă că sunt efectiv invizibili. În plus, la dimensiuni atât de mici, ei nu au aceleași efecte gravitaționale masive ca și frații lor stelari și supermasivi.
Chiar și atunci, dacă ar fi descoperit un grup de găuri negre primordiale, nu există o modalitate reală de a face diferența dintre o mulțime de găuri negre mici și o gaură neagră mare.
În ciuda acestei dificultăți, Thos și Fernandez-Alexander intenționează să rămână la capătul găurilor negre primordiale – cel puțin în teorie. Dacă candidații de materie întunecată continuă să nu reușească să apară, poate că răspunsul este acela de a determina mai mulți fizicieni să înceapă să se uite la gardul metaforic dintre fizica particulelor și cosmologie.
„Nu pot spune că găurile negre primordiale au fost vreodată excluse ca candidate la materia întunecată, dar au fost ignorate pentru o vreme”, a spus Fernandez-Alexander. „Acum, având în vedere faptul că nu avem cu adevărat nicio detectare a particulelor de materie întunecată, cred că devine din ce în ce mai potrivit să luăm în considerare această opțiune.”
„Mândru pasionat al rețelelor sociale. Savant web fără scuze. Guru al internetului. Pasionat de muzică de-o viață. Specialist în călătorii.”
More Stories
Simulările pe supercomputer dezvăluie natura turbulenței în discurile de acumulare a găurilor negre
Trăiește cu anxietate: sfaturi de specialitate despre cum să accepti o afecțiune de sănătate mintală
Noile cercetări asupra unei falii masive de tracțiune sugerează că următorul cutremur mare ar putea fi iminent