Ja runa ir par to, ka pirmatnējie melnie caurumi tiek uzskatīti par tumšo vielu, to attaisnojums var izjukt. Sīkie melnie caurumi, kas izveidojās dažas sekundes pēc Visuma dzimšanas, var pastāvēt ilgāk, nekā gaidīts, radot jaunas aizdomas, ka pirmatnējie melnie caurumi varētu būt atbildīgi par tumšo vielu, visnoslēpumaināko matēriju Visumā.
Tumšā viela šobrīd ir viena no aktuālākajām fizikas problēmām. Tas ir tāpēc, ka, lai gan tā veido aptuveni 85% no Visuma matērijas, tumšā viela joprojām ir neredzama mūsu acīm, jo tā nesadarbojas ar gaismu.
Tā kā daļiņas, kas veido atomus, kas veido “parastos” objektus, kurus mēs varam redzēt, piemēram, zvaigznes, planētas un mūsu pašu ķermeņi, skaidri mijiedarbojas ar gaismu, tas ir pamudinājis meklēt tumšās vielas daļiņas ārpus standarta daļiņu modeļa. fizika. Daudzi zinātnieki uzskata, ka atbilde joprojām ir standarta modelī, tomēr, ja mēs skatāmies uz mazāku kosmisko objektu radinieku, mēs tos parasti redzam kā ārkārtīgi masīvus, pat milzīgus: melnos caurumus.
Saistīts: Jauns skats uz supermasīvo melno caurumu Piena ceļa centrā liecina par aizraujošu slēptu iezīmi (attēlu)
Maksa Planka institūta zinātnieks Valentīns Toss Un Anna Fernandesa Aleksandra Divi pētnieki no Lisabonas universitātes nesen piedalījās šādos pētījumos. Viņi izvirza hipotēzi, ka mazie melnie caurumi, kas radās pirms vairāk nekā 13,8 miljardiem gadu, tūlīt pēc Lielā sprādziena un nav lielāki par protonu, varēja apvienoties par tumšās vielas aizdomām bez nepieciešamības pēc jaunas fizikas.
Ne tikai nesenās izmaiņas domāšanā par melno caurumu “iztvaikošanu” ir novedušas pie sākotnējo melno caurumu dzīvotspējas pārvērtēšanas, jo ir aizdomas par tumšo vielu, bet, tā kā tumšās vielas daļiņu meklēšana turpina iegūt lielākoties tukšu, tas varētu sākties. Vairāk pētnieku nopietnāk aplūko primāro melnā cauruma tumšās vielas teoriju.
Kas ir pirmatnējie melnie caurumi?
“Kā norāda nosaukums, pirmatnējie melnie caurumi ir melno caurumu veids, kas veidojās Visuma sākumā,” Space.com sacīja Thoss. “Patiesībā Visuma pirmās sekundes daļā.”
Viņš paskaidroja, ka visas struktūras, ko mēs novērojam Visumā, no galaktiku superkopām līdz galaktikām pašās, ir izveidotas ar nelielu lieko blīvumu telpā, kas bija Visuma pirmsākumos. Ja agrīnajā Visumā bija daudz spēcīgākas blīvuma svārstības nekā tās, kas radīja šīs pazīmes, un šīs svārstības sabruka agrāk, nekā faktiski izveidojās galaktikas, šie ārkārtīgi blīvie plankumi varēja stimulēt pirmatnējos melnos caurumus.
Atkarībā no tā, kad notika šis sabrukums, kā arī no sabrukuma lieluma, šiem pirmatnējiem melnajiem caurumiem būs ļoti dažādas masas, piebilda Thos. Sākotnējo melno caurumu, ko Toss un Fernandess-Aleksandrs uzskatīja par iespējamiem tumšās matērijas kandidātiem, masa būtu no dažām tonnām līdz tūkstoš tonnām, precīzāk sakot, kas ir mazāka par planētas masu un vairāk ietilpst mazas kategorijā. asteroīds.
Ņemot vērā, ka mazāko melno caurumu, ko zinātnieki ir atklājuši līdz šim, kas pazīstami kā zvaigžņu masas melnie caurumi, masa ir no 3 līdz 50 reizēm lielāka par Saules masu, kas pati par sevi ir 2,2 reizes 10 līdz 27. pakāpei (22, kam seko 26 ). (Nulles) tonnas — šie pirmatnējie melnie caurumi ir neticami mazi.
Saskaņā ar Fernandesa-Aleksandra teikto, tāpat kā to lielākiem melnajiem caurumiem, kas izveidojās masīvu zvaigžņu sabrukšanas vai relatīvi mazāku melno caurumu saplūšanas rezultātā, pirmatnējiem melnajiem caurumiem būtu gaismu uztveroša ārējā robeža, ko sauc par notikumu horizontu. Šī horizonta diametru nosaka melnā cauruma masa, kas nozīmē, ka notikumu horizonts šādos gadījumos būtu neticami mazs. “Mazāks par protona rādiusu,” sacīja Fernandess-Aleksandrs.
Mazie pirmatnējie melnie caurumi iepriekš tika izslēgti kā tumšās matērijas kandidāti, jo tiek uzskatīts, ka visi melnie caurumi “noplūst” termiskā starojuma veidam, par kuru pirmo reizi hipotēzi izvirzīja Stīvens Hokings 1974. gadā un vēlāk nosauca par “Hokinga starojumu”.
Jo mazāks ir melnais caurums, jo ātrāk Hokinga starojums var izkļūt, un līdz ar to, jo ātrāk tam jāiztvaiko. Tas nozīmē, ka, ja pirmatnējie melnie caurumi vispār pastāvētu, mazākajiem piemēriem mūsdienās nevajadzētu pastāvēt, bet tumšā matērija viennozīmīgi pastāv.
“Sākotnējie melnie caurumi ar tādām masām, kuras mēs ar Anna pētām tagad, tika uzskatīti par maz ticamiem, jo tika pieņemts, ka līdz šim laikam tie Visumā ir pilnībā iztvaikojuši,” sacīja Toss.
Tomēr nesenais Minhenes universitātes teorētiskā fiziķa György Dvali darbs, kurš sadarbojās ar Thos un Fernandez-Alexander, liecina, ka iztvaikošanas process kādā brīdī sabojājas. Tas nozīmē, ka pirmatnējie melnie caurumi ar zinātnieku uzskatīto masu varētu sasniegt gandrīz līdzsvara stāvokli.
“Lai samazinātu savu masu, izstarojot Hokinga starojumu, melnajam caurumam ir jāpārraksta sava informācija vai kaut kas cits. Un šis pārrakstīšanas process prasa laiku,” skaidroja Fernandess-Aleksandrs. “To sauc par” atmiņas slogu “, jo šai atmiņai tagad ir jāpāriet uz kaut ko citu, un tas palēnina kopējo iztvaikošanas procesu. Tātad tā ir sava veida stabilizācija.”
Šis “glābšanas mehānisms” nozīmē, ka pirmatnējie melnie caurumi ir atgriezušies kā potenciālie kandidāti tumšajai matērijai!
Miris tumšās vielas zvanītājs?
Tomēr fakts, ka mūsdienās Visumā pastāv pirmatnējie melnie caurumi, uzreiz nenozīmē, ka tie būtu jāuzskata par tumšās vielas aizdomās turamajiem. Faktiski ir arī citi iemesli, lai šos mazos hipotētiskos melnos caurumus saistītu ar Visuma noslēpumaino vielu saturu.
Iespējams, ka visredzamākā saikne ir tāda, ka tumšā viela nesadarbojas ar gaismu. Tumšā viela neizstaro un neatspoguļo gaismu, un notikumu horizonts, kas robežojas ar visiem melnajiem caurumiem, iezīmē punktu, kurā šķērsošanai nepieciešamais evakuācijas ātrums pārsniedz gaismas ātrumu. Tas nozīmē, ka pirmatnējie melnie caurumi “ieslodzītu” visu krītošo gaismu, kā rezultātā acīmredzami trūkst mijiedarbības.
“Ja tie ir pietiekami gaiši, tad kaut kur ap planētu masu pirmatnējie melnie caurumi uzvedas kā tumšās vielas daļiņas visiem mums svarīgajiem mērķiem,” sacīja Toss. “Standarta modeļos tumšā matērija ir “mazāk sadursmēm”, tāpēc tumšās matērijas daļiņas mijiedarbojas viena ar otru tiktāl, ka tās ietekmē Visumu.”
Viņš piebilda, ka, ja pirmatnējie melnie caurumi būtu vieglāki par planētu masām, tie pat kosmiskā laika mērogā būtu tik mazi, ka sadurtos reti. Šie pirmatnējie melnie caurumi varētu apvienoties, lai radītu gravitācijas efektus, kurus mēs pašlaik attiecinām uz tumšo vielu, piemēram, nodrošinot gravitācijas ietekmi, kas neļauj ātri rotējošām galaktikām aizpūst.
Tomēr, ja pirmatnējiem melnajiem caurumiem būtu jāapvienojas, lai ņemtu vērā tumšās matērijas ietekmi, kas neļautu šiem melnajiem caurumiem pulcēties kopā un apvienoties, veidojot lielākus melnos caurumus? Vai sīku melno caurumu ķekars galu galā nekļūtu tikai par supermasīvu melno caurumu? Tas ir izpētīts, un atbilde ir vienkārša: “Nē,” sacīja Thoss.
“Pat ja ņemat vērā salipšanu, saplūšanas laika skalas ir tik garas, ka tās saplūstu tikai ļoti masīvos melnos caurumos visā Visuma dzīves laikā,” viņš turpināja.
Toss piebilda, ka primāro melno caurumu izmantošanas kā tumšās matērijas skaidrojuma skaistums ir tāds, ka atšķirībā no hipotētiskas daļiņas, piemēram, ass, lai izskaidrotu mīklu, pirmatnējiem melnajiem caurumiem nav nepieciešams daļiņu fizikas standarta modeļa paplašinājums. Mūsu labākais Visuma skaidrojums ir subatomiskos mērogos.
Tomēr būtu ļoti grūti apstiprināt pirmatnējos melnos caurumus kā tumšo vielu, ja tie patiešām izskaidro šo parādību. Atkal, to gaismu uztverošais raksturs nozīmē, ka tie ir faktiski neredzami. Turklāt tik mazos izmēros tiem nav tādas pašas masīvas gravitācijas ietekmes kā viņu zvaigžņu un supermasīvajiem brāļiem.
Pat tad, ja tika atklāta pirmatnējo melno caurumu grupa, nav reāla veida, kā noteikt atšķirību starp daudziem maziem melnajiem caurumiem un vienu lielu melno caurumu.
Neskatoties uz šīm grūtībām, Toss un Fernandess-Aleksandrs plāno palikt pirmatnējo melno caurumu galā — vismaz teorētiski. Ja tumšās matērijas kandidāti joprojām neizdodas parādīties, iespējams, atbilde ir mudināt vairāk fiziķu sākt aplūkot metaforisko žogu starp daļiņu fiziku un kosmoloģiju.
“Es nevaru teikt, ka pirmatnējie melnie caurumi jebkad ir bijuši izslēgti kā tumšās matērijas kandidāti, taču kādu laiku tie ir ignorēti,” sacīja Fernandess-Aleksandrs. “Tagad, ņemot vērā faktu, ka mums īsti nav nekādas daļiņu tumšās vielas noteikšanas, es domāju, ka kļūst arvien piemērotāk apsvērt šo iespēju.”
