Malé čierne diery, ktoré zostali po veľkom tresku, môžu byť hlavnými podozrivými z temnej hmoty
Pokiaľ ide o primordiálne čierne diery, ktoré sú podozrivými z temnej hmoty, ich ospravedlnenie sa môže rozpadnúť. Drobné čierne diery vytvorené sekundy po zrode vesmíru môžu prežiť dlhšie, ako sa očakávalo, čo znovu vyvoláva podozrenie, že prvotné čierne diery môžu byť zodpovedné za temnú hmotu, najzáhadnejšiu látku vesmíru.
Temná hmota v súčasnosti predstavuje jeden z najpálčivejších problémov fyziky. Je to preto, že napriek tomu, že tvorí odhadom 85 % hmoty vo vesmíre, temná hmota zostáva pre naše oči účinne neviditeľná, pretože neinteraguje so svetlom.
Pretože častice, ktoré tvoria atómy, ktoré tvoria „každodenné“ veci, ktoré môžeme vidieť, ako sú hviezdy, planéty a naše vlastné telá, zjavne interagujú so svetlom, vyvinula novú teóriu mimo štandardného modelu časticovej fyziky. inšpiroval objav častíc tmavej hmoty. Mnohí vedci sa domnievajú, že odpoveď môže stále ležať v štandardnom modeli, avšak ak vezmeme do úvahy menších príbuzných kozmických objektov, zvyčajne skončíme s extrémne masívnymi a dokonca monštruóznymi objektmi. Pozri ako: Čierna diera.
Pripojené: Nový pohľad na supermasívnu čiernu dieru v strede galaxie naznačuje vzrušujúcu skrytú vlastnosť (obrázok)
Vedci z Inštitútu Maxa Plancka valentin tis A Ana Fernandes Alexandre Na takýchto štúdiách sa nedávno podieľali dvaja výskumníci z lisabonskej univerzity. Odhadujú, že malé čierne diery, nie väčšie ako protón, zrodené pred 13,8 miliardami rokov krátko po Veľkom tresku, by sa mohli agregovať a stať sa podozrivými z temnej hmoty bez potreby novej fyziky.
Nielenže došlo k nedávnej zmene v myslení o tom, ako sa čierne diery „vyparujú“, čo viedlo k prehodnoteniu uskutočniteľnosti prvotných čiernych dier ako podozrivých z temnej hmoty, ale keďže hľadanie častíc temnej hmoty je väčšinou prázdne. viac výskumníkov sa môže začať vážnejšie zaoberať teóriou tmavej hmoty primordiálnej čiernej diery.
Čo sú prvotné čierne diery?
„Ako už názov napovedá, ,prvotné čierne diery‘ sú typom čiernej diery, ktorá vznikla na začiatku vesmíru,“ povedal Thos pre Space.com. „V skutočnosti v priebehu prvého zlomku sekundy vesmíru.“
Vysvetlil, že všetky štruktúry, ktoré vidíme vo vesmíre, od superkopy galaxií až po galaxie v nich, sú vytvorené z o niečo vyššej hustoty priestoru, ako existovalo počas raného vesmíru. Ak raný vesmír zažil fluktuácie hustoty oveľa väčšie ako tie, ktoré vytvorili tieto útvary, a tieto fluktuácie skutočne skolabovali skôr, ako vznikli galaxie, potom tieto extrémne husté škvrny mohli vytvoriť prvotné čierne diery.
To povedal, že v závislosti od času, kedy kolaps nastal, ako aj od rozsahu kolapsu, bude hmotnosť týchto prvotných čiernych dier veľmi odlišná. Prvotná čierna diera, ktorú Thos a Fernandes Alexandre považovali za možného kandidáta na temnú hmotu, by mala zvyčajne hmotnosť v rozmedzí od niekoľkých ton do tisíc ton, menej ako hmotnosť planéty a viac v rozsahu malého asteroidu.
Ak vezmeme do úvahy, že najmenšie čierne diery, ktoré kedy vedci objavili, sú známe ako čierne diery s hviezdnou hmotnosťou, ich hmotnosť sa pohybuje medzi 3 až 50-násobkom hmotnosti Slnka – samotné má silu 27. To je 2,2 krát 10 (22 nasledované 26 nulami) ton – tieto prvotné čierne diery sú neuveriteľne malé.
Podľa Fernandesa Alexandra, rovnako ako ich masívne čierne diery vytvorené kolapsom masívnych hviezd alebo zlúčením relatívne menších čiernych dier, prvotné čierne diery budú mať vonkajšiu hranicu zachytávajúcu svetlo nazývanú horizont udalostí. Priemer tohto horizontu je určený hmotnosťou čiernej diery, čo znamená, že horizont udalostí by bol v týchto prípadoch neuveriteľne malý. „Menší ako polomer protónu,“ povedal Fernandes Alexandre.
Malé, prvotné čierne diery boli predtým odmietnuté ako kandidáti na temnú hmotu, pretože všetky čierne diery „unikajú“ typom tepelného žiarenia, o ktorom prvýkrát teoretizoval Stephen Hawking v roku 1974 a neskôr toto bolo pomenované ako „Hawkingovo žiarenie“.
Čím je čierna diera menšia, tým rýchlejšie by z nej malo unikať Hawkingovo žiarenie, a teda tým rýchlejšie by sa mala odparovať. To znamená, že ak niekedy existovali prvotné čierne diery, tie najmenšie príklady by sa dnes nemali nachádzať – temná hmota však jednoznačne existuje.
Thos povedal: „Hromadné prvotné čierne diery, o ktorých teraz s Annou uvažujeme, boli najprv v podstate zamietnuté, pretože sa verilo, že sa v tomto čase z vesmíru úplne vyparili.“
Nedávna práca Giorgiho Dvaliho, teoretického fyzika z Mníchovskej univerzity, ktorý spolupracoval s Thosom a Fernandesom Alexandrom, naznačila, že proces vyparovania sa v určitom bode preruší. To znamená, že vedci sa domnievajú, že prvotné čierne diery tejto hmoty by mohli dosiahnuť kvázi stabilný stav.
„Aby čierna diera stratila svoju hmotnosť emisiou Hawkingovho žiarenia, musí 'prepísať' svoje informácie alebo niečo také. Tento proces prepisovania si vyžaduje čas,“ vysvetlil Fernandes-Alexandre. „Nazýva sa to „pamäťová záťaž“, pretože táto spomienka sa teraz musí odovzdať spolu s niečím iným a celkovo to spomaľuje proces vyparovania. Ide teda o istý druh stabilizácie.“
A tento „záchranný mechanizmus“ znamená, že prvotné čierne diery sú potenciálne späť ako kandidáti na temnú hmotu!
Mŕtvy zvonec pre temnú hmotu?
Skutočnosť, že v dnešnom vesmíre môžu existovať prvotné čierne diery, však neznamená, že by sa mali považovať za podozrivých z temnej hmoty. Ako sa ukázalo, existujú aj iné dôvody na spojenie týchto malých hypotetických čiernych dier s obsahom záhadnej hmoty vo vesmíre.
Snáď najzrejmejším spojením je nedostatočná interakcia temnej hmoty so svetlom. Tmavá hmota nevyžaruje ani neodráža svetlo a horizont udalostí, ktorý obmedzuje všetky čierne diery, predstavuje bod, v ktorom úniková rýchlosť potrebná na jej prekročenie prekročí rýchlosť svetla. To znamená, že prvotná čierna diera by „zachytila“ všetko dopadajúce svetlo, čo by viedlo k zjavnému nedostatku interakcií.
„Ak sú dostatočne svetlé, niekde okolo planetárnej hmoty sa prvotné čierne diery správajú ako častice temnej hmoty na všetky účely, ktoré nás zaujímajú,“ povedal Thos. „Temná hmota je v štandardnom modeli „bez kolízií“, takže častice temnej hmoty navzájom neinteragujú do takej miery, že by to ovplyvnilo vesmír.“
Povedal, že ak by boli prvotné čierne diery ľahšie ako hmotnosť planét, potom by aj v kozmickom časovom meradle boli také malé, že by sa veľmi zriedkavo zrazili. Tieto prvotné čierne diery sa môžu zhlukovať, aby vytvorili gravitačné efekty, ktoré v súčasnosti pripisujeme temnej hmote, ako napríklad poskytovanie gravitačného efektu, ktorý bráni rýchlo rotujúcim galaxiám oddeliť sa od seba.
Napriek tomu, ak by sa prvotné čierne diery mali zhlukovať, aby vysvetlili účinky temnej hmoty, čo by zabránilo týmto čiernym dieram, aby sa spojili a vytvorili väčšie čierne diery? Nestala by sa zo skupiny malých čiernych dier nakoniec jedna obrovská čierna diera? Povedal, že to bolo vyšetrené a odpoveď je jednoduchá: „Nie.“
„Aj keď vezmete do úvahy zhlukovanie, časový rozsah splynutí je taký dlhý, že počas celého trvania vesmíru sa spoja len do skutočne masívnych čiernych dier,“ dodáva.
Tos povedal, že krása použitia primordiálnych čiernych dier ako vysvetlenia temnej hmoty je v tom, že na rozdiel od navrhovania hypotetickej častice ako axion na vysvetlenie záhady, primordiálne čierne diery možno považovať za rozšírenie štandardného modelu časticovej fyziky. nie je potrebný, najlepšie vysvetlenie vesmíru máme na subatomárnych mierkach.
Napriek tomu, ak skutočne vysvetlia tento jav, bolo by neuveriteľne ťažké potvrdiť prvotné čierne diery ako temnú hmotu. Opäť ich povaha zachytávajúca svetlo znamená, že sú efektívne neviditeľné. Navyše pri takej malej veľkosti nemajú také obrovské gravitačné účinky ako ich hviezdni a supermasívni bratia.
Napriek tomu, ak sa zistí zhluk prvotných čiernych dier, neexistuje skutočný spôsob, ako rozlíšiť medzi množstvom malých čiernych dier a jednou veľkou čiernou dierou.
Napriek týmto ťažkostiam majú Thos a Fernandes Alexander v úmysle zostať horúci na chvoste prvotnej čiernej diery – aspoň teoreticky. Ak sa neobjavia kandidáti častíc na temnú hmotu, možno odpoveďou je, aby sa viac fyzikov začalo pozerať na metaforický plot medzi fyzikou častíc a kozmológiou.
Fernandes Alexandre povedal: „Nepovedal by som, že prvotné čierne diery boli niekedy vylúčené ako kandidáti na temnú hmotu; hoci boli nejaký čas ignorované.“ „Teraz, so skutočnosťou, že v skutočnosti nemáme žiadnu stopu časticovej temnej hmoty, si myslím, že je relevantnejšie zvážiť túto možnosť.“
