Когато става въпрос за първичните черни дупки, заподозрени като тъмна материя, тяхното извинение може да е на път да се разпадне. Малките черни дупки, които са се образували секунди след раждането на Вселената, може да просъществуват по-дълго от очакваното, повдигайки нови подозрения, че първичните черни дупки може да са отговорни за тъмната материя, най-мистериозното вещество във Вселената.
Тъмната материя в момента представлява един от най-належащите проблеми във физиката. Това е така, защото въпреки че съставлява около 85% от материята във Вселената, тъмната материя остава невидима за очите ни, защото не взаимодейства със светлината.
Тъй като частиците, които изграждат атомите, които изграждат „обикновените“ обекти, които можем да видим, като звезди, планети и собствените ни тела, ясно взаимодействат със светлината, това подтикна търсене на частици от тъмна материя извън стандартния модел на частиците физика. Много учени вярват, че отговорът все още се крие в Стандартния модел, но ако погледнем по-малък братовчед на космическите обекти, обикновено ги виждаме като изключително масивни, дори чудовищни: черни дупки.
Свързани: Нов изглед на свръхмасивната черна дупка в сърцето на Млечния път загатва за вълнуваща скрита характеристика (изображение)
Учен от Института Макс Планк Валентин Тос И Анна Фернандес Александър Двама изследователи от университета в Лисабон наскоро участваха в такива проучвания. Те предполагат, че малки черни дупки, които са възникнали преди повече от 13,8 милиарда години, веднага след Големия взрив, и не са по-големи от протон, биха могли да се слеят в подозрителна тъмна материя, без да е необходима нова физика.
Не само неотдавнашната промяна в мисленето относно това как черните дупки се „изпаряват“ доведе до преоценка на жизнеспособността на първичните черни дупки, тъй като се подозира тъмна материя, но тъй като търсенето на частици от тъмна материя продължава да рисува почти празно, може да започне до… Още изследователи гледат по-сериозно на теорията за първичната черна дупка за тъмната материя.
Какво представляват първичните черни дупки?
„Както подсказва името, първичните черни дупки са вид черна дупка, която се е образувала в началото на Вселената“, каза Тос пред Space.com. „Всъщност в рамките на първата част от секундата на Вселената.“
Той обясни, че всички структури, които наблюдаваме във Вселената, от свръхкупове от галактики до галактики в себе си, са формирани от леки излишни плътности в пространството, които са присъствали в началото на Вселената. Ако ранната вселена е претърпяла флуктуации на плътност, много по-силни от тези, които са създали тези характеристики, и тези флуктуации са се сринали по-рано от действителното формиране на галактиките, тогава тези изключително плътни петна може да са стимулирали първичните черни дупки.
В зависимост от това кога е настъпил този колапс, както и от размера на колапса, тези първични черни дупки ще имат много различни маси, добави Тос. Първичните черни дупки, считани от Тос и Фернандес-Александър за възможни кандидати за тъмна материя, биха имали маса между няколко тона и хиляда тона, за да бъдем точни, което е по-малко от масата на планета и повече в категорията на малка астероид.
Като се има предвид, че най-малките черни дупки, открити от учените досега, известни като черни дупки със звездна маса, имат маси, еквивалентни на между 3 и 50 пъти масата на Слънцето – което само по себе си е 2,2 по 10 на 27-ма степен (22, последвано от 26 ). (Нули) тона – Тези първични черни дупки са невероятно малки.
Подобно на техните по-големи черни дупки, които са се образували или от колапса на масивни звезди, или от сливането на сравнително по-малки черни дупки, според Фернандес-Александър, първичните черни дупки биха имали улавяща светлината външна граница, наречена хоризонт на събитията. Диаметърът на този хоризонт се определя от масата на черната дупка, което означава, че хоризонтът на събитията би бил невероятно малък в тези случаи. „По-малък от радиуса на протон“, каза Фернандес-Александър.
Малките първични черни дупки преди това бяха изключени като кандидати за тъмна материя, тъй като се смяташе, че всички черни дупки „изпускат“ вид топлинно лъчение, което за първи път беше хипотетично от Стивън Хокинг през 1974 г. и по-късно наречено „лъчение на Хокинг“.
Колкото по-малка е черната дупка, толкова по-бързо лъчението на Хокинг може да излезе и следователно толкова по-бързо трябва да се изпари. Това означава, че ако първичните черни дупки изобщо са съществували, най-малките примери не би трябвало да съществуват днес, но тъмната материя очевидно съществува.
„Първоначалните черни дупки с масите, които Анна и аз изучаваме сега, преди се смятаха за малко вероятни, тъй като се предполагаше, че са се изпарили напълно до този момент във Вселената“, каза Тос.
Въпреки това, скорошна работа на György Dvali, теоретичен физик от Мюнхенския университет, който си сътрудничи с Тос и Фернандес-Александър, предполага, че процесът на изпаряване се прекъсва в даден момент. Това означава, че първичните черни дупки с масите, смятани от учените, биха могли да достигнат квазистационарно състояние.
„За да намали масата си чрез излъчване на радиация на Хокинг, черната дупка трябва да пренапише информацията си или нещо друго. И този процес на пренаписване отнема време“, обясни Фернандес-Александър. „Това се нарича „бреме на паметта“, защото тази памет сега трябва да премине към нещо друго и това забавя цялостния процес на изпаряване. Така че това е един вид стабилизация.“
Този „спасителен механизъм“ означава, че първичните черни дупки се завръщат като потенциални кандидати за тъмна материя!
Мъртъв звънец за тъмна материя?
Въпреки това, фактът, че първичните черни дупки съществуват във вселената днес, не означава веднага, че те трябва да се считат за заподозрени в тъмната материя. Всъщност има и други причини да се свържат тези малки хипотетични черни дупки с мистериозното съдържание на материя във Вселената.
Може би най-очевидната връзка е, че тъмната материя не взаимодейства със светлината. Тъмната материя не излъчва и не отразява светлина, а хоризонтът на събитията, който граничи с всички черни дупки, маркира точката, в която скоростта на бягство, необходима за преминаване, надвишава скоростта на светлината. Това означава, че първичните черни дупки ще „уловят“ цялата падаща светлина, което ще доведе до очевидна липса на взаимодействия.
„Ако са достатъчно леки, тогава някъде около планетарна маса, първичните черни дупки се държат като частици тъмна материя за всички цели, които ни интересуват“, каза Тос. „Тъмната материя е „без сблъсък“ в стандартните модели, така че частиците на тъмната материя не взаимодействат една с друга до степен, че да влияят на Вселената.“
Той добави, че ако първичните черни дупки бяха по-леки от планетарните маси, те, дори в космически мащаби, биха били толкова малки, че рядко биха се сблъскали. Тези първични черни дупки биха могли да се комбинират, за да създадат гравитационните ефекти, които в момента приписваме на тъмната материя, като например осигуряване на гравитационно влияние, което предотвратява издухването на бързо въртящи се галактики.
Въпреки това, ако първичните черни дупки трябваше да се агрегират, за да отчетат ефектите на тъмната материя, какво би попречило на тези черни дупки да се съберат заедно и да се слеят, за да образуват по-големи черни дупки? Няма ли куп малки черни дупки в крайна сметка да се превърнат просто в супермасивна черна дупка? Това е разследвано и отговорът е просто: „Не“, каза Тос.
„Дори ако вземете под внимание струпването, времевите мащаби на сливането са толкова дълги, че те биха се слели само в много масивни черни дупки през целия живот на Вселената“, продължи той.
Тос добави, че красотата на използването на първичните черни дупки като обяснение на тъмната материя е, че за разлика от предлагането на хипотетична частица като оста за обяснение на пъзела, първичните черни дупки не изискват разширение на стандартния модел на физиката на частиците. Най-доброто ни обяснение на Вселената е в субатомни мащаби.
Въпреки това би било много трудно да се потвърди, че първичните черни дупки са тъмна материя, ако те наистина обясняват това явление. Отново, тяхната природа на улавяне на светлина означава, че те са ефективно невидими. Освен това, при такива малки размери, те нямат същите масивни гравитационни ефекти като техните звездни и свръхмасивни братя.
Дори тогава, ако бъде открита група първични черни дупки, няма реален начин да се направи разлика между много малки черни дупки и една голяма черна дупка.
Въпреки тази трудност Тос и Фернандес-Александър възнамеряват да останат на опашката на първичните черни дупки – поне на теория. Ако кандидат-частиците за тъмна материя продължат да не се появяват, може би отговорът е да накараме повече физици да започнат да разглеждат метафоричната ограда между физиката на елементарните частици и космологията.
„Не мога да кажа, че първичните черни дупки някога са били изключвани като кандидати за тъмна материя, но те са били игнорирани известно време“, каза Фернандес-Александър. „Сега, с факта, че всъщност нямаме никакво откриване на частици тъмна материя, мисля, че става все по-подходящо да се обмисли тази опция.“
More Stories
Изследователите са открили начин да огъват светлината около ъглите и е лудост да го видим в действие
Тази зашеметяваща снимка на лице на мравка изглежда като нещо от кошмар: ScienceAlert
SpaceX изстреля 23 сателита Starlink от Флорида (видео и снимки)