Kai kalbama apie pirmykščių juodųjų skylių įtarimą kaip tamsiąją medžiagą, jų pasiteisinimas gali greitai subyrėti. Mažytės juodosios skylės, susidariusios praėjus kelioms sekundėms po visatos gimimo, gali išlikti ilgiau nei tikėtasi, sukeldamos naujų įtarimų, kad pirminės juodosios skylės gali būti atsakingos už tamsiąją materiją – paslaptingiausią medžiagą visatoje.
Tamsioji medžiaga šiuo metu yra viena iš aktualiausių fizikos problemų. Taip yra todėl, kad nors ji sudaro apie 85% visatos materijos, tamsioji medžiaga lieka nematoma mūsų akims, nes nesąveikauja su šviesa.
Kadangi dalelės, sudarančios atomus, sudarančius „paprastus“ objektus, kuriuos galime pamatyti, pavyzdžiui, žvaigždės, planetos ir mūsų pačių kūnai, aiškiai sąveikauja su šviesa, tai paskatino ieškoti tamsiosios medžiagos dalelių, nepriklausančių standartiniam dalelių modeliui. fizika. Daugelis mokslininkų mano, kad atsakymas vis dar slypi standartiniame modelyje, tačiau jei pažvelgtume į mažesnį kosminių objektų giminaitį, paprastai juos matome kaip itin masyvius, netgi monstriškus: juodąsias skyles.
Susijęs: Naujas supermasyvios juodosios skylės vaizdas Paukščių Tako centre rodo įdomią paslėptą funkciją (vaizdą)
Maxo Plancko instituto mokslininkas Valentinas Thosas Ir Anna Fernandez Aleksandra Du Lisabonos universiteto mokslininkai neseniai dalyvavo tokiuose tyrimuose. Jie kelia hipotezę, kad mažos juodosios skylės, atsiradusios daugiau nei prieš 13,8 milijardo metų, iškart po Didžiojo sprogimo, ir yra ne didesnės už protoną, galėjo susijungti į tamsiosios medžiagos įtariamuosius, nereikalaujant naujos fizikos.
Ne tik neseniai pasikeitęs mąstymas apie tai, kaip juodosios skylės „išgaravo“, paskatino iš naujo įvertinti pirmykščių juodųjų skylių gyvybingumą, nes įtariama tamsioji materija, bet ir toliau tiriant tamsiosios medžiagos daleles, galima pradėti. į… Daugiau tyrinėtojų rimčiau žiūri į pirmykštę juodosios skylės tamsiosios materijos teoriją.
Kas yra pirminės juodosios skylės?
„Kaip rodo pavadinimas, pirmykštės juodosios skylės yra juodųjų skylių tipas, susiformavęs visatos pradžioje“, – Space.com sakė Thosas. „Tiesą sakant, per pirmąją visatos sekundės dalį.
Jis paaiškino, kad visos struktūros, kurias stebime visatoje, nuo galaktikų superspiečių iki galaktikų viduje, yra suformuotos dėl nedidelio perteklinio tankio erdvėje, buvusio visatos pradžioje. Jei ankstyvojoje visatoje tankio svyravimai buvo daug stipresni nei tie, kurie sukūrė šias ypatybes, ir šie svyravimai žlugo anksčiau, nei iš tikrųjų susidarė galaktikos, tos itin tankios dėmės galėjo paskatinti pirmaprades juodąsias skyles.
Priklausomai nuo to, kada įvyko ši griūtis, ir nuo griūties dydžio, šios pirminės juodosios skylės turės labai skirtingą masę, pridūrė Thosas. Pirminės juodosios skylės, kurias Thosas ir Fernandezas-Alexanderis laikė galimais kandidatais į tamsiąją medžiagą, turėtų masę nuo kelių tonų iki tūkstančio tonų, tiksliau, o tai yra mažesnė už planetos masę ir daugiau priskiriama mažos masės kategorijai. asteroidas.
Atsižvelgiant į tai, kad mažiausios iki šiol mokslininkų aptiktos juodosios skylės, vadinamos žvaigždžių masės juodosiomis skylėmis, yra 3–50 kartų didesnės už Saulės masę, o tai yra 2,2 karto 10 iki 27 laipsnio (22, po to 26). ). (Nulis) tonų – šios pirmapradės juodosios skylės yra neįtikėtinai mažos.
Kaip ir jų didesnės juodosios skylės, susidariusios dėl masyvių žvaigždžių žlugimo arba santykinai mažesnių juodųjų skylių susijungimo, anot Fernandezo-Alexanderio, pirmykštės juodosios skylės turėtų šviesą gaudančių išorinę ribą, vadinamą įvykių horizontu. Šio horizonto skersmuo nustatomas pagal juodosios skylės masę, o tai reiškia, kad tokiais atvejais įvykių horizontas būtų neįtikėtinai mažas. „Mažesnis už protono spindulį”, – sakė Fernandezas-Alexanderis.
Mažos pirmapradės juodosios skylės anksčiau buvo atmestos kaip tamsiosios medžiagos kandidatės, nes manoma, kad visos juodosios skylės „nuteka“ tam tikro tipo šiluminę spinduliuotę, kurią pirmą kartą iškėlė Stephenas Hawkingas 1974 m., o vėliau pavadino „Hawkingo spinduliuote“.
Kuo mažesnė juodoji skylė, tuo greičiau Hokingo spinduliuotė gali pasišalinti, taigi, tuo greičiau ji turi išgaruoti. Tai reiškia, kad jei pirmykštės juodosios skylės apskritai egzistavo, mažiausių pavyzdžių šiandien neturėtų būti, tačiau tamsioji medžiaga akivaizdžiai egzistuoja.
„Pirminės juodosios skylės, kurių masės dabar tyrinėjame Ana ir aš, anksčiau buvo laikomos mažai tikėtinomis, nes buvo manoma, kad iki to laiko visatoje jos visiškai išgaravo“, – sakė Thosas.
Tačiau neseniai Miuncheno universiteto fiziko teorinio Györgyo Dvali, bendradarbiavusio su Thosu ir Fernandezu-Alexanderiu, darbas rodo, kad garavimo procesas tam tikru momentu nutrūksta. Tai reiškia, kad pirmapradės juodosios skylės, kurių masė yra mokslininkų manyta, gali pasiekti beveik pastovią būseną.
„Kad sumažintų savo masę skleisdama Hokingo spinduliuotę, juodoji skylė turi perrašyti savo informaciją arba dar ką nors. Ir šis perrašymo procesas užtrunka”, – aiškino Fernandezas-Alexanderis. „Tai vadinama „atminties našta“, nes ta atmintis dabar turi pereiti prie kažko kito, o tai sulėtina bendrą išgaravimo procesą. Taigi tai savotiškas stabilizavimas.
Šis „gelbėjimo mechanizmas“ reiškia, kad pirmykštės juodosios skylės grįžta kaip potencialios tamsiosios medžiagos kandidatės!
Negyvas tamsiosios medžiagos skambutis?
Tačiau tai, kad šiandien visatoje egzistuoja pirmapradės juodosios skylės, dar nereiškia, kad jos turėtų būti laikomos tamsiosios medžiagos įtariamosiomis. Tiesą sakant, yra ir kitų priežasčių susieti šias mažas hipotetines juodąsias skyles su paslaptinga visatos materijos turiniu.
Bene akivaizdžiausias ryšys yra tas, kad tamsioji medžiaga nesąveikauja su šviesa. Tamsioji medžiaga neskleidžia ir neatspindi šviesos, o įvykių horizontas, besiribojantis su visomis juodosiomis skylėmis, žymi tašką, kuriame pabėgimo greitis, reikalingas kirsti, viršija šviesos greitį. Tai reiškia, kad pirminės juodosios skylės „sugaudys“ visą krintantį šviesą, todėl akivaizdžiai trūktų sąveikos.
„Jei jos yra pakankamai šviesios, tada kažkur aplink planetos masę pirminės juodosios skylės elgiasi kaip tamsiosios medžiagos dalelės visais mums rūpimais tikslais“, – sakė Thosas. „Tamsioji medžiaga standartiniuose modeliuose yra „mažiau susidūrusi“, todėl tamsiosios medžiagos dalelės nesąveikauja viena su kita tiek, kad jos paveiktų visatą.
Jis pridūrė, kad jei pirmapradės juodosios skylės būtų lengvesnės už planetų masę, jos net kosminiu laiko mastu būtų tokios mažos, kad susidurtų retai. Šios pirmapradės juodosios skylės gali susijungti, kad sukurtų gravitacinius efektus, kuriuos šiuo metu priskiriame tamsiajai medžiagai, pvz., suteikia gravitacinį poveikį, neleidžiantį greitai besisukančių galaktikų nupūsti.
Tačiau jei pirminės juodosios skylės turėtų agreguotis, kad atsižvelgtų į tamsiosios medžiagos poveikį, kas neleistų šioms juodosioms skylėms susiburti ir susijungti, kad susidarytų didesnės juodosios skylės? Ar galų gale mažų juodųjų skylių krūva netaps tiesiog supermasyvia juodąja skyle? Tai buvo ištirta, o atsakymas yra tiesiog: „Ne“, – sakė Thosas.
„Net jei atsižvelgsime į susiliejimą, susijungimo laiko skalės yra tokios ilgos, kad per visą visatos gyvavimo laiką susijungtų į labai masyvias juodąsias skyles“, – tęsė jis.
Thosas pridūrė, kad pirmykščių juodųjų skylių naudojimo kaip tamsiosios medžiagos paaiškinimo grožis yra tas, kad, priešingai nei siūlant hipotetinę dalelę, tokią kaip ašis, paaiškinanti galvosūkį, pirmykštėms juodosioms skylėms nereikia išplėsti standartinio dalelių fizikos modelio. Geriausias visatos paaiškinimas yra subatominėse skalėse.
Tačiau būtų labai sunku patvirtinti pirmaprades juodąsias skyles kaip tamsiąją medžiagą, jei jos iš tikrųjų paaiškintų šį reiškinį. Vėlgi, jų šviesą gaudantis pobūdis reiškia, kad jie yra veiksmingai nematomi. Be to, esant tokiems mažiems dydžiams, jie neturi tokio masinio gravitacinio poveikio kaip jų žvaigždės ir supermasyvūs broliai.
Netgi tada, jei būtų atrasta pirminių juodųjų skylių grupė, nėra realaus būdo atskirti daug mažų juodųjų skylių nuo vienos didelės juodosios skylės.
Nepaisant šio sunkumo, Thosas ir Fernandezas-Alexanderis ketina likti pirmykščių juodųjų skylių gale – bent jau teoriškai. Jei tamsiosios medžiagos dalelės ir toliau neatsiras, galbūt atsakymas būtų paskatinti daugiau fizikų pradėti žvelgti į metaforinę tvorą tarp dalelių fizikos ir kosmologijos.
„Negaliu sakyti, kad pirminės juodosios skylės kada nors buvo atmestos kaip tamsiosios medžiagos kandidatės, bet kurį laiką jos buvo ignoruojamos“, – sakė Fernandezas-Alexanderis. „Dabar, kadangi mes iš tikrųjų neaptinkame dalelių tamsiosios medžiagos, manau, kad vis labiau tikslinga apsvarstyti šią galimybę.
„Analitikas. Kūrėjas. Zombių fanatikas. Aistringas kelionių narkomanas. Popkultūros ekspertas. Alkoholio gerbėjas”.
