Када је у питању сумња да су примордијалне црне рупе тамна материја, њихов изговор ће се можда распасти. Сићушне црне рупе, које су настале неколико секунди након што је свемир рођен, могу постојати дуже него што се очекивало, изазивајући нове сумње да би примордијалне црне рупе могле бити одговорне за тамну материју, најмистериозније супстанце у универзуму.
Тамна материја тренутно представља један од најхитнијих проблема у физици. То је зато што иако чини око 85% материје у универзуму, тамна материја остаје невидљива нашим очима јер не ступа у интеракцију са светлошћу.
Пошто честице које чине атоме који чине „обичне“ објекте које можемо да видимо, као што су звезде, планете и наша сопствена тела, јасно ступају у интеракцију са светлошћу, то је подстакло потрагу за честицама тамне материје изван стандардног модела честица. стање. Многи научници верују да одговор још увек лежи у Стандардном моделу, међутим, ако погледамо мањег рођака космичких објеката, обично их видимо као изузетно масивне, чак и монструозне: црне рупе.
Повезан: Нови поглед на супермасиву црну рупу у срцу Млечног пута наговештава узбудљиву скривену особину (слика)
Научник Института Макс Планк Валентин Тхос И Ана Фернандес Александар Са Универзитета у Лисабону два истраживача су недавно учествовала у таквим студијама. Они претпостављају да су се мале црне рупе које су настале пре више од 13,8 милијарди година, непосредно након Великог праска, а нису веће од протона, могле спојити у осумњичене за тамну материју без потребе за новом физиком.
Не само да је недавна промена у размишљању о томе како су црне рупе „испариле“ довела до поновне процене одрживости примордијалних црних рупа како се сумња на тамну материју, већ и како потрага за честицама тамне материје и даље представља углавном празнину, могла би да почне да… Више истраживача озбиљније гледа на теорију тамне материје примордијалне црне рупе.
Шта су примордијалне црне рупе?
„Као што име говори, примордијалне црне рупе су врста црне рупе која се формирала на почетку универзума“, рекао је Тхос за Спаце.цом. „Унутар првог делића секунде универзума, заправо.
Он је објаснио да су све структуре које посматрамо у универзуму, од суперкластера галаксија до галаксија унутар њих, формиране благим вишком густина у свемиру који су били присутни током почетка универзума. Ако је рани универзум искусио флуктуације густине много јаче од оних које су створиле ове карактеристике, а ове флуктуације су колабиране раније него што су се галаксије заправо формирале, те изузетно густе тачке могле би да стимулишу примордијалне црне рупе.
У зависности од тога када је дошло до овог колапса, као и од величине колапса, ове примордијалне црне рупе ће имати веома различите масе, додао је Тхос. Примордијалне црне рупе које Тос и Фернандес-Александар сматрају могућим кандидатима за тамну материју имале би масе између неколико тона и хиљаду тона, тачније, што је мање од масе планете, а више у категорији мале астероид.
С обзиром на то да су најмање црне рупе које су научници до сада открили, познате као црне рупе звездане масе, имају масе еквивалентне између 3 и 50 пута већој од масе Сунца – што је само 2,2 пута 10 на 27 степен (22 праћено 26 ). (Нуле) тона – Ове примордијалне црне рупе су невероватно мале.
Као и њихове веће црне рупе које су настале или колапсом масивних звезда или спајањем релативно мањих црних рупа, према Фернандез-Алекандеру, примордијалне црне рупе би имале спољну границу која хвата светлост звану хоризонт догађаја. Пречник овог хоризонта је одређен масом црне рупе, што значи да би хоризонт догађаја у тим случајевима био невероватно мали. „Мањи од радијуса протона“, рекао је Фернандез-Александар.
Мале примордијалне црне рупе су раније биле искључене као кандидати за тамну материју јер се сматра да све црне рупе „цуре“ тип топлотног зрачења за који је први претпоставио Стивен Хокинг 1974. године, а касније названо „Хокингово зрачење“.
Што је црна рупа мања, то брже Хокингово зрачење може да побегне и, према томе, брже мора да испари. То значи да ако су примордијалне црне рупе уопште постојале, најмањи примери данас не би требало да постоје, али тамна материја очигледно постоји.
„Примордијалне црне рупе са масама које Ана и ја сада проучавамо раније су сматране мало вероватним, јер се претпостављало да су до тог времена у свемиру потпуно испариле“, рекао је Тхос.
Међутим, недавни рад Ђерђа Двалија, теоретског физичара са Универзитета у Минхену који је сарађивао са Тхосом и Фернандез-Алекандером, сугерише да се процес испаравања у неком тренутку прекида. То значи да би примордијалне црне рупе са масама које сматрају научници могле достићи квази-стабилно стање.
„Да би смањила своју масу емитовањем Хокинговог зрачења, црна рупа мора да препише своје информације, или нешто друго. А за овај процес преписивања је потребно време“, објаснио је Фернандес-Александар. „Ово се зове 'терет памћења' јер то памћење сада мора да пређе на нешто друго, а то успорава укупан процес испаравања. Дакле, то је нека врста стабилизације.“
Овај „механизам за спасавање“ значи да су се примордијалне црне рупе вратиле као потенцијални кандидати за тамну материју!
Мртво звоно за тамну материју?
Међутим, чињеница да примордијалне црне рупе данас постоје у универзуму не значи одмах да их треба сматрати осумњиченима за тамну материју. У ствари, постоје и други разлози да се ове мале хипотетичке црне рупе повежу са мистериозним садржајем материје у универзуму.
Можда је најочигледнија веза та да тамна материја не ступа у интеракцију са светлошћу. Тамна материја не емитује и не рефлектује светлост, а хоризонт догађаја који се граничи са свим црним рупама означава тачку у којој брзина бекства која је потребна за прелазак премашује брзину светлости. То значи да би примордијалне црне рупе „заробиле“ сву упадну светлост, што би резултирало очигледним недостатком интеракција.
„Ако су довољно лагане, онда се негде око планетарне масе, примордијалне црне рупе понашају као честице тамне материје за све сврхе које нам је стало“, рекао је Тхос. „Тамна материја је 'без судара' у стандардним моделима, тако да честице тамне материје не реагују једна на другу до те мере да утичу на универзум.
Он је додао да када би примордијалне црне рупе биле лакше од планетарних маса, оне би, чак и на космичким временским скалама, биле толико мале да би се ретко сударале. Ове примордијалне црне рупе би могле да се комбинују да би створиле гравитационе ефекте које тренутно приписујемо тамној материји, као што је пружање гравитационог утицаја који спречава да се брзо ротирајуће галаксије одувају.
Међутим, ако су примордијалне црне рупе морале да се агрегирају да би објасниле ефекте тамне материје, шта би спречило ове црне рупе да се окупе и споје како би формирале веће црне рупе? Не би ли гомила сићушних црних рупа на крају постала само супермасивна црна рупа? Ово је истражено, а одговор је једноставан: „Не“, рекао је Тхос.
„Чак и ако узмете у обзир груписање, временске скале спајања су толико дугачке да би се спојиле само у веома масивне црне рупе током читавог животног века универзума“, наставио је.
Тхос је додао да је лепота коришћења примордијалних црних рупа као објашњења за тамну материју у томе што, за разлику од предлагања хипотетичке честице попут осе за објашњење слагалице, примордијалне црне рупе не захтевају проширење стандардног модела физике честица. Наше најбоље објашњење универзума је на субатомским скалама.
Међутим, било би веома тешко потврдити примордијалне црне рупе као тамну материју, ако оне заиста објашњавају овај феномен. Опет, њихова природа хватања светлости значи да су ефективно невидљиви. Поред тога, при тако малим величинама, они немају исте масивне гравитационе ефекте као њихова звездана и супермасивна браћа.
Чак и тада, ако је откривена група примордијалних црних рупа, не постоји прави начин да се направи разлика између пуно малих црних рупа и једне велике црне рупе.
Упркос овој тешкоћи, Тхос и Фернандез-Алекандер намеравају да остану на репу примордијалних црних рупа – барем у теорији. Ако честице кандидата за тамну материју и даље не успевају да се појављују, можда је одговор да подстакне више физичара да почну да гледају на метафоричку ограду између физике честица и космологије.
„Не могу да кажем да су примордијалне црне рупе икада биле искључене као кандидати за тамну материју, али су биле игнорисане неко време“, рекао је Фернандес-Александер. „Сада, с обзиром на то да заправо немамо никакву детекцију честица тамне материје, мислим да постаје све прикладније размотрити ову опцију.“
„Љубитељ пива. Предан научник поп културе. Нинџа кафе. Зли љубитељ зомбија. Организатор.“
More Stories
Претварање невидљиве тамне материје у видљиву светлост
НАСА прима ласерске комуникације са удаљености веће од 140 милиона миља
НАСА демонстрира како СпацеКс допуњује свемирске летелице у ниској Земљиној орбити