Když dojde na prvotní černé díry, které jsou podezřívány z temné hmoty, jejich výmluva se možná rozpadne. Drobné černé díry, které se vytvořily několik sekund po zrození vesmíru, mohou přetrvávat déle, než se očekávalo, což vyvolává nové podezření, že prvotní černé díry by mohly být zodpovědné za temnou hmotu, nejzáhadnější hmotu ve vesmíru.
Temná hmota v současnosti představuje jeden z nejnaléhavějších problémů fyziky. Je to proto, že ačkoli tvoří odhadem 85 % hmoty ve vesmíru, zůstává temná hmota našim očím neviditelná, protože neinteraguje se světlem.
Protože částice, které tvoří atomy tvořící „obyčejné“ objekty, které můžeme vidět, jako jsou hvězdy, planety a naše vlastní těla, jasně interagují se světlem, podnítilo to hledání částic temné hmoty mimo standardní model částic. fyzika. Mnoho vědců věří, že odpověď stále spočívá ve standardním modelu, ale pokud se podíváme na menšího bratrance kosmických objektů, obvykle je vidíme jako extrémně masivní, až monstrózní: černé díry.
Příbuzný: Nový pohled na supermasivní černou díru v srdci Mléčné dráhy naznačuje vzrušující skrytý rys (obrázek)
Vědec Institutu Maxe Plancka Valentin Thos A Anna Fernandez Alexandrová Z lisabonské univerzity se těchto studií nedávno zúčastnili dva vědci. Předpokládají, že malé černé díry, které vznikly před více než 13,8 miliardami let, bezprostředně po Velkém třesku a nejsou větší než proton, se mohly sloučit do podezřelých z temné hmoty bez potřeby nové fyziky.
Nejen, že nedávná změna v uvažování o tom, jak se černé díry „vypařily“, vedla k přehodnocení životaschopnosti prvotních černých děr, protože existuje podezření na temnou hmotu, ale protože pátrání po částicích temné hmoty stále vytváří převážně prázdnotu, mohlo by začít. Více výzkumníků se dívá na teorii temné hmoty primordiální černé díry vážněji.
Co jsou prvotní černé díry?
„Jak název napovídá, primordiální černé díry jsou typem černé díry, která se vytvořila na počátku vesmíru,“ řekl Thos Space.com. „Ve skutečnosti během prvního zlomku sekundy vesmíru.“
Vysvětlil, že všechny struktury, které ve vesmíru pozorujeme, od superkup galaxií až po galaxie v nich samých, jsou tvořeny nepatrnými nadměrnými hustotami ve vesmíru, které byly přítomny na počátku vesmíru. Pokud raný vesmír zažil fluktuace hustoty mnohem silnější než ty, které vytvořily tyto útvary, a tyto fluktuace se zhroutily dříve, než se galaxie skutečně vytvořily, mohly tyto extrémně husté skvrny stimulovat prvotní černé díry.
V závislosti na tom, kdy k tomuto kolapsu došlo, stejně jako na velikosti kolapsu, budou mít tyto prvotní černé díry velmi odlišné hmotnosti, dodal Thos. Prvotní černé díry, které Thos a Fernandez-Alexander považovali za možné kandidáty na temnou hmotu, by měly hmotnosti mezi několika tunami a tisíci tunami, přesněji, což je méně než hmotnost planety a více v kategorii malých asteroid.
Vzhledem k tomu, že nejmenší černé díry, které vědci dosud objevili, známé jako černé díry s hvězdnou hmotností, mají hmotnosti ekvivalentní 3 až 50násobku hmotnosti Slunce – což samo o sobě je 2,2krát 10 až 27. mocnina (22 následovaná 26 ). (Nuly) tuny – Tyto prvotní černé díry jsou neuvěřitelně malé.
Stejně jako jejich větší protějšky černých děr, které vznikly buď kolapsem hmotných hvězd nebo sloučením relativně menších černých děr, podle Fernandez-Alexandera by prvotní černé díry měly vnější hranici zachycující světlo nazývanou horizont událostí. Průměr tohoto horizontu je určen hmotností černé díry, což znamená, že horizont událostí by v těchto případech byl neuvěřitelně malý. „Menší než poloměr protonu,“ řekl Fernandez-Alexander.
Malé primordiální černé díry byly dříve vyloučeny jako kandidáti na temnou hmotu, protože se předpokládá, že všechny černé díry „prosakují“ druh tepelného záření, o kterém poprvé předpokládal Stephen Hawking v roce 1974 a později nazvaný „Hawkingovo záření“.
Čím menší je černá díra, tím rychleji může Hawkingovo záření uniknout, a proto se musí rychleji vypařovat. To znamená, že pokud primordiální černé díry vůbec existovaly, nejmenší příklady by dnes neměly existovat, ale temná hmota jednoznačně ano.
„Primordiální černé díry s hmotnostmi, které Anna a já nyní studujeme, byly dříve považovány za nepravděpodobné, protože se předpokládalo, že se do této doby ve vesmíru zcela vypařily,“ řekl Thos.
Nedávná práce Györgyho Dvaliho, teoretického fyzika na univerzitě v Mnichově, který spolupracoval s Thosem a Fernandez-Alexanderem, však naznačila, že proces vypařování se v určitém okamžiku rozpadne. To znamená, že primordiální černé díry s hmotnostmi, o kterých vědci uvažují, by mohly dosáhnout kvazi-ustáleného stavu.
„Aby černá díra zmenšila svou hmotnost vyzařováním Hawkingova záření, musí přepsat své informace nebo něco jiného. A tento proces přepisování nějakou dobu trvá,“ vysvětlil Fernandez-Alexander. „Tomu se říká 'zátěž paměti', protože ta paměť se teď musí přesunout k něčemu jinému, a to zpomaluje celkový proces vypařování. Jde tedy o určitý druh stabilizace.“
Tento „záchranný mechanismus“ znamená, že prvotní černé díry jsou zpět jako potenciální kandidáti na temnou hmotu!
Mrtvý zvoník pro temnou hmotu?
Skutečnost, že dnes ve vesmíru existují primordiální černé díry, však hned neznamená, že by měly být považovány za podezřelé z temné hmoty. Ve skutečnosti existují další důvody, proč spojovat tyto malé hypotetické černé díry s tajemným obsahem hmoty ve vesmíru.
Snad nejzřetelnějším spojením je, že temná hmota neinteraguje se světlem. Temná hmota nevyzařuje ani neodráží světlo a horizont událostí, který hraničí se všemi černými dírami, označuje bod, ve kterém úniková rychlost potřebná k překročení překračuje rychlost světla. To znamená, že prvotní černé díry by „zachytily“ veškeré dopadající světlo, což by mělo za následek zjevný nedostatek interakcí.
„Pokud jsou dostatečně lehké, pak se někde kolem planetární hmoty chovají prvotní černé díry jako částice temné hmoty pro všechny účely, které nás zajímají,“ řekl Thos. „Ve standardních modelech je temná hmota 'bezkolizní', takže částice temné hmoty spolu neinteragují do té míry, že by ovlivnily vesmír.“
Dodal, že pokud by primordiální černé díry byly lehčí než planetární hmoty, byly by i v kosmickém časovém měřítku tak malé, že by se srazily jen zřídka. Tyto primordiální černé díry by se mohly spojit a vytvořit gravitační efekty, které v současnosti připisujeme temné hmotě, jako je poskytnutí gravitačního vlivu, který zabraňuje odfouknutí rychle rotujících galaxií.
Pokud by se však prvotní černé díry musely agregovat, aby odpovídaly účinkům temné hmoty, co by těmto černým dírám bránilo v tom, aby se shromáždily a sloučily a vytvořily větší černé díry? Nestala by se z hromady malých černých děr nakonec jen supermasivní černá díra? To bylo prozkoumáno a odpověď zní jednoduše: „Ne,“ řekl Thos.
„I když vezmete v úvahu shlukování, časové škály sloučení jsou tak dlouhé, že by se po celou dobu života vesmíru spojily pouze do velmi masivních černých děr,“ pokračoval.
Thos dodal, že krása použití primordiálních černých děr jako vysvětlení temné hmoty spočívá v tom, že na rozdíl od navrhování hypotetické částice jako je osa k vysvětlení hádanky, prvotní černé díry nevyžadují rozšíření standardního modelu částicové fyziky. Naše nejlepší vysvětlení vesmíru je na subatomárních měřítcích.
Bylo by však velmi obtížné potvrdit prvotní černé díry jako temnou hmotu, pokud skutečně vysvětlují tento jev. Opět jejich povaha zachycující světlo znamená, že jsou účinně neviditelné. Navíc při tak malých rozměrech nemají tak masivní gravitační účinky jako jejich hvězdní a superhmotní bratři.
Dokonce i tehdy, pokud byla objevena skupina prvotních černých děr, neexistuje žádný skutečný způsob, jak rozpoznat rozdíl mezi mnoha malými černými dírami a jednou velkou černou dírou.
Navzdory těmto potížím hodlají Thos a Fernandez-Alexander zůstat na chvostu prvotních černých děr – alespoň teoreticky. Pokud se nadále nebudou objevovat kandidáti na temnou hmotu, možná bude odpovědí přimět další fyziky, aby se začali dívat na metaforický plot mezi částicovou fyzikou a kosmologií.
„Nemohu říci, že primordiální černé díry byly někdy vyloučeny jako kandidáti na temnou hmotu, ale nějakou dobu byly ignorovány,“ řekl Fernandez-Alexander. „Nyní, vzhledem k tomu, že ve skutečnosti nemáme žádnou detekci částic temné hmoty, si myslím, že je stále vhodnější uvažovat o této možnosti.“
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
