Коли справа доходить до того, що первісні чорні діри підозрюють як темну матерію, їх виправдання може ось-ось розвалитися. Крихітні чорні діри, які утворилися через кілька секунд після народження Всесвіту, можуть існувати довше, ніж очікувалося, викликаючи нові підозри, що первинні чорні діри можуть бути відповідальними за темну матерію, найзагадковішу речовину у Всесвіті.
Темна матерія в даний час є однією з найактуальніших проблем фізики. Це пояснюється тим, що, незважаючи на те, що темна матерія становить приблизно 85% матерії у Всесвіті, вона залишається невидимою для наших очей, оскільки вона не взаємодіє зі світлом.
Оскільки частинки, з яких складаються атоми, які утворюють «звичайні» об’єкти, які ми можемо бачити, такі як зірки, планети та наші власні тіла, чітко взаємодіють зі світлом, це спонукало до пошуку частинок темної матерії за межами стандартної моделі частинок. фізика. Багато вчених вважають, що відповідь все ще лежить у Стандартній моделі, однак, якщо ми подивимося на меншого двоюрідного брата космічних об’єктів, ми зазвичай побачимо їх як надзвичайно масивні, навіть жахливі: чорні діри.
пов'язані: Новий погляд на надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху натякає на захоплюючу приховану особливість (зображення)
Вчений Інституту Макса Планка Валентин Тос І Анна Фернандес Олександр Два дослідники з Лісабонського університету нещодавно брали участь у таких дослідженнях. Вони припускають, що малі чорні діри, які виникли більше 13,8 мільярдів років тому, відразу після Великого вибуху, і розміром не більше протона, могли об’єднатися в темну матерію, підозрювану в темній матерії, без потреби в новій фізиці.
Нещодавні зміни в уявленнях про те, як чорні діри «випаровувалися», не тільки призвели до переоцінки життєздатності первісних чорних дір, оскільки підозрюється, що темна матерія, але оскільки пошуки частинок темної матерії продовжують приносити здебільшого порожні результати, це може початися до… Більше Дослідники більш серйозно дивляться на теорію темної матерії первинної чорної діри.
Що таке первісні чорні діри?
«Як випливає з назви, первісні чорні діри — це тип чорної діри, яка утворилася на початку Всесвіту», — сказав Тос Space.com. «Насправді в межах першої частки секунди Всесвіту».
Він пояснив, що всі структури, які ми спостерігаємо у Всесвіті, від надскупчень галактик до самих галактик, утворені невеликою надлишковою щільністю в просторі, яка була на початку Всесвіту. Якщо ранній Всесвіт відчував флуктуації щільності набагато сильніші, ніж ті, що створили ці особливості, і ці коливання зруйнувалися раніше, ніж фактично утворилися галактики, ці надзвичайно щільні плями могли стимулювати первісні чорні діри.
Залежно від того, коли стався цей колапс, а також від розміру колапсу, ці первісні чорні діри матимуть дуже різні маси, додав Тос. Первинні чорні діри, які Тос і Фернандес-Александер розглядають як можливих кандидатів на темну матерію, мали б масу від кількох тонн до тисячі тонн, якщо бути точним, що менше, ніж маса планети, і більше в категорії малих. астероїд.
З огляду на те, що найменші чорні діри, які виявили вчені, відомі як чорні діри зоряної маси, мають масу, еквівалентну від 3 до 50 мас Сонця, що дорівнює 2,2 на 10 у 27-му ступені (22, за яким слідує 26). ). (Нулів) тонн – ці первісні чорні діри неймовірно малі.
Подібно до своїх більших аналогів чорних дір, які утворилися або в результаті колапсу масивних зірок, або злиття відносно менших чорних дір, згідно з Фернандесом-Александром, первісні чорні діри мали б зовнішню межу, що уловлює світло, яка називається горизонтом подій. Діаметр цього горизонту визначається масою чорної діри, що означає, що в таких випадках горизонт подій буде неймовірно малим. «Менший за радіус протона», — сказав Фернандес-Александер.
Малі первісні чорні діри раніше виключалися як кандидати на темну матерію, оскільки вважається, що всі чорні діри «пропускають» тип теплового випромінювання, яке вперше було висунуто Стівеном Хокінгом у 1974 році та пізніше названо «випромінюванням Хокінга».
Чим менша чорна діра, тим швидше випромінювання Хокінга може вийти, а отже, тим швидше воно повинно випаруватися. Це означає, що якби первісні чорні діри взагалі існували, найменших зразків не повинно бути сьогодні, але темна матерія явно існує.
«Первинні чорні діри з масами, які ми з Анною зараз вивчаємо, раніше вважалися малоймовірними, оскільки вважалося, що до цього часу вони повністю випарувалися у Всесвіті», — сказав Тос.
Однак нещодавня робота Дьєрдя Двалі, фізика-теоретика з Мюнхенського університету, який співпрацював з Тосом і Фернандес-Александром, припустила, що процес випаровування в якийсь момент припиняється. Це означає, що первісні чорні діри з масами, які вважаються вченими, можуть досягти квазістаціонарного стану.
«Щоб зменшити свою масу за рахунок випромінювання Хокінга, чорна діра повинна переписати свою інформацію або щось інше. І цей процес перезапису потребує часу», — пояснив Фернандес-Александер. «Це називається «навантаженням на пам’ять», оскільки ця пам’ять тепер має перейти до чогось іншого, і це уповільнює загальний процес випаровування. Тож це свого роду стабілізація».
Цей «рятувальний механізм» означає, що первісні чорні діри повернулися як потенційні кандидати на темну матерію!
Мертвий дзвінок темної матерії?
Однак той факт, що первинні чорні діри існують у Всесвіті сьогодні, не означає, що їх слід вважати підозрюваними в темній матерії. Насправді існують інші причини пов’язувати ці маленькі гіпотетичні чорні діри з таємничим вмістом матерії у Всесвіті.
Можливо, найбільш очевидний зв'язок полягає в тому, що темна матерія не взаємодіє зі світлом. Темна матерія не випромінює і не відбиває світло, а горизонт подій, що межує з усіма чорними дірами, позначає точку, в якій швидкість виходу, необхідна для перетину, перевищує швидкість світла. Це означає, що первісні чорні діри будуть «захоплювати» все падаюче світло, що призведе до очевидної відсутності взаємодії.
«Якщо вони досить легкі, то десь навколо планетарної маси первісні чорні діри поводяться як частинки темної матерії для будь-яких цілей, які нам цікаві», — сказав Тос. «У стандартних моделях темна матерія «без зіткнень», тому частинки темної матерії не взаємодіють одна з одною настільки, щоб впливати на Всесвіт».
Він додав, що якби первісні чорні діри були легшими за планетарні маси, вони, навіть у космічних масштабах часу, були б настільки малі, що рідко стикалися б. Ці первісні чорні діри можуть об’єднатися, щоб створити гравітаційні ефекти, які ми зараз приписуємо темній матерії, наприклад, забезпечити гравітаційний вплив, який запобігає здуванню галактик, що швидко обертаються.
Однак, якби первісні чорні діри мали агрегувати, щоб врахувати вплив темної матерії, що б завадило цим чорним дірам зібратися разом і злитися, щоб утворити більші чорні діри? Чи не стане купа крихітних чорних дір зрештою просто надмасивною чорною дірою? Це було досліджено, і відповідь проста: “Ні”, – сказав Тос.
«Навіть якщо взяти до уваги злипання, часові масштаби злиття настільки великі, що вони зливатимуться лише в дуже масивні чорні діри протягом усього життя Всесвіту», — продовжив він.
Тос додав, що перевага використання первинних чорних дір як пояснення темної матерії полягає в тому, що, на відміну від пропозиції гіпотетичної частинки, як вісь, для пояснення головоломки, первинні чорні діри не вимагають розширення стандартної моделі фізики елементарних частинок. Наше найкраще пояснення Всесвіту в субатомних масштабах.
Однак було б дуже важко підтвердити, що первинні чорні діри є темною матерією, якщо вони справді пояснюють це явище. Знову ж таки, їх світловловлюючий характер означає, що вони фактично невидимі. Крім того, при таких малих розмірах вони не мають такого ж масивного гравітаційного впливу, як їхні зоряні та надмасивні брати.
Навіть тоді, якби була відкрита група первісних чорних дір, не було б реального способу відрізнити велику кількість маленьких чорних дір від однієї великої чорної діри.
Незважаючи на цю складність, Тос і Фернандес-Олександр мають намір залишатися на хвості первісних чорних дір — принаймні теоретично. Якщо частинки-кандидати темної матерії продовжуватимуть не вдаватися, можливо, відповідь полягає в тому, щоб спонукати більше фізиків почати дивитися на метафоричний паркан між фізикою елементарних частинок і космологією.
«Я не можу сказати, що первісні чорні діри коли-небудь виключалися як кандидати на темну матерію, але деякий час їх ігнорували», — сказав Фернандес-Александер. «Тепер, з огляду на той факт, що ми насправді не маємо жодного виявлення частинок темної матерії, я думаю, що стає все більш доцільним розглядати цей варіант».
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
