„Куршумите“ от първични черни дупки, движещи се със скорости 7000 пъти по-бързи от скоростта на звука, може да успеят да проникнат в нашата слънчева система – може би причинявайки леко колебание в движението на Марс. В крайна сметка измерването на тази флуктуация може да помогне за разрешаването на една от най-належащите мистерии в науката: истинската природа на тъмната материя.
Учените смятат, че първичните черни дупки са възникнали в началото на времето. Тези обекти са много различни от така наречените „астрофизични черни дупки“ като Стрелец A* (Sgr A*), който се намира в сърцето на Млечния път. Например, докато Стрелец A* има маса около 4,3 милиона Предполага се, че първичните черни дупки са били масивни като астероид или малка луна и са били много по-малки от атомите, с маса около 200 пъти по-голяма от тази на Слънцето.
Някои учени също предполагат, че струпванията на тези малки черни дупки може да са отговорни за тъмната материя, която е най-мистериозната „материя“ във Вселената. Други обаче твърдят, че първичните черни дупки може да са се изпарили отдавна чрез излъчване на така нареченото „лъчение на Хокинг“, което означава, че не могат да бъдат подозирани като тъмна материя в съвременната вселена. Сега екип от физици предлага начин за разрешаване на дебата: чрез подробни наблюдения на Марс.
Учените предполагат, че ако първичните черни дупки представляват тъмна материя, те трябва бързо да преминават през Слънчевата система поне веднъж на всяко десетилетие. Това прелитане може да причини „колебане“ в орбитата на Марс, което може да бъде открито с помощта на съвременната технология, благодарение на нашето внимателно документиране на орбитата на Червената планета.
Свързани с: Ново галактическо изображение, направено от камерата за тъмна енергия, изследва центъра на тъмната материя
„Поради десетилетия на прецизност в телеметрията, учените знаят разстоянието между Земята и Марс с точност от около 10 сантиметра.“ [3.9 inches]„Членът на екипа Дейвид Кайзер, професор по история на науката в MIT, Той каза в изявление„Ние се възползваме от този силно инструментиран регион на пространството, за да се опитаме да търсим малък ефект.
„Ако видим това, това ще бъде истинска причина да продължим да преследваме тази интересна идея, че цялата тъмна материя се състои от черни дупки, които са възникнали по-малко от секунда след Големия взрив и текат из Вселената в продължение на 14 милиарда години. ”
Голям проблем, малко решение
За да разберете защо тъмната материя е толкова огромен проблем за физиците, помислете за факта, че тя превъзхожда „обикновените“ частици с коефициент пет към едно. Това означава, че всяка звезда, планета, луна, астероид, газов облак, ракета, сателит или космически кораб, за които четете на Space.com или наблюдавате през задния си телескоп, съставлява по-малко от 20% от общата маса на Вселената.
Учените знаят, че тъмната материя не може да се състои от атоми, които от своя страна са съставени от протони, неутрони и електрони. Това е така, защото тези частици взаимодействат със светлината или по-скоро с електромагнитното излъчване. Тъмната материя не взаимодейства със светлината – или ако го прави, това взаимодействие се случва твърде слабо, за да бъде открито. Това прави тъмната материя практически невидима за нас. Вместо това учените могат да направят извод за съществуването на тъмна материя само от нейното взаимодействие с гравитацията и как това взаимодействие засяга светлината и обикновената материя – като 642 милиона трилиона метрични тона материя, която изгражда Марс!
Досега търсенето на кандидати за тъмна материя се фокусира върху частици, които все още не са открити. Но тъй като това изследване става все по-сложно (но все още завършва с празни ръце), учените все повече се обръщат към идея, предложена за първи път през 70-те години: тъмната материя може изобщо да не е частица, а вместо това малки черни дупки, останали от Голямата Бам.
Тези първични черни дупки няма да се образуват от колапса на масивни звезди, както правят черните дупки със звездна маса, или да образуват верига от сливане на все по-масивни двойки черни дупки, както правят свръхмасивните черни дупки. Вместо това първичните черни дупки, ако съществуват, трябва да са се образували от плътни газови джобове в ранната Вселена, като бързото разширяване на Вселената ги е накарало да бъдат разпределени в пространството.
Мисленето за гравитационното влияние на такава първична черна дупка започна с празни спекулации.
„Мисля, че някой ме попита какво ще се случи, ако първична черна дупка премине през човешко тяло“, каза ръководителят на екипа Тунг Тран, завършил студент в Станфордския университет. Той каза в изявление.
От този въпрос Тран изчисли, че ако черна дупка с масата на астероид премине в рамките на 3,2 фута (1 метър) от човек, силата, която той твърди, ще избута този човек на 20 фута (6 метра) за една секунда. И така, защо това не се случва за щастие? Е, Тран също установи, че шансовете първична черна дупка да премине някъде близо до човек на Земята са изключително малки.
Това заинтригува Тран и той заключи, че за да увеличите шансовете за възникване на такава реакция, ще ви трябва обект, по-голям по размер и ширина от човек. Но колкото по-голям е обектът, толкова по-малък е ефектът.
Първична черна дупка среща Марс
Тран първо се обърна към системата Земя/Луна.
„Екстраполирахме какво би се случило, ако черна дупка премине близо до Земята и накара Луната да се разклати леко“, каза Тран. „Числата, които получихме, не бяха много ясни. Има много други динамики в слънчевата система, които биха могли да действат като вид триене, за да причинят намаляване на вибрациите.“
За да изяснят тази развиваща се картина, изследователите създадоха проста симулация на слънчевата система, която взема предвид гравитационните взаимодействия между планетите и най-големите луни в нашата космическа гибел.
„Съвременните симулации на слънчевата система включват повече от милион обекта, всеки с малък остатъчен ефект“, казва членът на екипа и сътрудник на MIT Pappalardo Бенджамин Леман. Той каза в изявление„Но дори когато моделираме двадесет обекта в точна симулация, можем да видим реален ефект, в който можем да се задълбочим.“
След това екипът оцени колко пъти една първична черна дупка може теоретично да премине през слънчевата система, като се има предвид количеството тъмна материя, което се предполага, че съществува в областта на пространството около слънцето.
„Първичните черни дупки не живеят в Слънчевата система, те се движат през Вселената, правейки каквото си поискат“, каза Сара Гелър, член на екипа и постдокторант в Калифорнийския университет в Санта Круз е, че те преминават през вътрешната слънчева система.“ „Под ъгъл веднъж на около 10 години“.
Чрез изчисляване на скоростта на преминаване на първичните черни дупки и като се има предвид масата на астероидния мащаб на кандидатите за тъмна материя, екипът заключи, че тези малки черни дупки ще летят през слънчевата система с удивителните 5,4 милиона мили в час, или около 7000 пъти по-бързо от скоростта на звука.
Фокусирайки се върху „близките срещи“ между тези конкуриращи се черни дупки и обекти на Слънчевата система, екипът откри, че Марс всъщност представлява по-добра цел от Земята или Луната – поне такава, която рисува по-добра картина на взаимодействията, от които екипът се интересува .
Екипът установи, че ако първична черна дупка премине в рамките на няколкостотин милиона мили от Марс, тя ще изкриви орбитата на червената планета. За да илюстрира колко малко е това, Марс е на повече от 140 милиона мили от Земята, разстояние около 225 трилиона пъти по-голямо от предложения ефект.
Екипът обаче вярва, че инструментите, които в момента наблюдават Марс, вече биха могли да открият такава малка аномалия.
Въпреки това, дори ако тази аномалия бъде наблюдавана през следващите няколко десетилетия, учените все още ще трябва да потвърдят, че тя наистина е причинена от първична черна дупка, а не от преминаващ астероид със същата маса.
„Нуждаем се от възможно най-голяма яснота относно очаквания фон, като например типичните скорости и разпределения на скучните космически скали, в сравнение с тези първични черни дупки“, каза Кайзер. „За наш късмет астрономите проследяват обикновени космически скали от десетилетия докато преминават през нашата слънчева система“, каза Кайзер, „Така че можем да изчислим типичните свойства на техните траектории и да започнем да ги сравняваме с много различни типове траектории и скорости, които първичните черни дупки трябва да следват.“
„Това е много елегантен тест, който предложиха, който може да ни каже дали най-близката черна дупка е по-близо, отколкото си представяме“, каза Мат Каплан, асистент по физика в Държавния университет на Илинойс, който не е участвал в изследването. изявление. „Трябва да подчертая, че има и малко късмет. Дали търсенето ще намери силен и ясен сигнал зависи от точния път, по който скитащата черна дупка преминава през Слънчевата система.
„Сега, след като потвърдиха тази идея с помощта на симулация, те трябва да направят трудната част – да проверят реалните данни.“
Изследването на екипа беше публикувано във вторник (17 септември) в списанието Физически преглед d.
„Тотален фен на Twitter. Нежно очарователен почитател на бекона. Сертифициран специалист по интернет.“
More Stories
„Възкресителният ледник“ на Антарктика е на път да се срути: Проучването предупреждава, че огромната ледена покривка с размерите на Великобритания може да доведе до повишаване на глобалното морско ниво с 2 фута
DHMC използва поленов брояч, за да помогне по време на „пиковата седмица“ за алергии
Смъртните случаи от рак в Съединените щати са намалели с 33% за 30 години, но алкохолът остава по-малко известен рисков фактор