Amikor arról van szó, hogy az ősfekete lyukakat sötét anyagként gyanítják, a kifogásuk hamarosan szétesik. Az apró fekete lyukak, amelyek másodpercekkel az univerzum megszületése után keletkeztek, a vártnál tovább fennmaradhatnak, ami újabb gyanút vet fel, hogy az ősfekete lyukak felelősek a sötét anyagért, a világegyetem legtitokzatosabb anyagáért.
A sötét anyag jelenleg a fizika egyik legégetőbb problémája. Ennek az az oka, hogy bár a világegyetem anyagának becslések szerint 85%-át teszi ki, a sötét anyag láthatatlan marad a szemünk számára, mivel nem lép kölcsönhatásba a fénnyel.
Mivel az általunk látható „hétköznapi” objektumokat alkotó atomokat alkotó részecskék, például csillagok, bolygók és saját testünk egyértelműen kölcsönhatásba lépnek a fénnyel, ez arra késztette a sötét anyag részecskéinek keresését, amelyek kívül esnek a részecske standard modelljén. fizika. Sok tudós úgy véli, hogy a válasz még mindig a standard modellben rejlik, azonban ha a kozmikus objektumok kisebb rokonát nézzük, általában rendkívül masszívnak, sőt szörnyűnek látjuk őket: fekete lyukaknak.
Összefüggő: A Tejútrendszer szívében lévő szupermasszív fekete lyuk új képe egy izgalmas rejtett tulajdonságra utal (kép)
Max Planck Intézet tudósa Valentin Thos És Anna Fernandez Alexander A Lisszaboni Egyetem két kutatója nemrégiben vett részt ilyen tanulmányokban. Feltételezésük szerint a több mint 13,8 milliárd évvel ezelőtt, közvetlenül az Ősrobbanás után keletkezett kis fekete lyukak, amelyek nem nagyobbak egy protonnál, új fizika nélkül egyesülhettek volna a sötét anyag gyanús anyagaivá.
Nemcsak a közelmúltban bekövetkezett változás a fekete lyukak „elpárolgásáról” szóló gondolkodásmódban vezetett az ősfekete lyukak életképességének újraértékeléséhez, mivel a sötét anyag gyanúja merül fel, de mivel a sötét anyag részecskéinek keresése továbbra is többnyire ürességet von maga után, elkezdődhet. hogy… Több kutató foglalkozik komolyabban az ősfekete lyuk sötét anyag elméletével.
Mik azok az ősfekete lyukak?
„Ahogy a neve is sugallja, az ősfekete lyukak egyfajta fekete lyuk, amely az univerzum elején keletkezett” – mondta Thos a Space.com-nak. – Valójában a világegyetem másodpercének első töredékén belül.
Kifejtette, hogy az univerzumban megfigyelt összes struktúra, a galaxisok szuperhalmazaitól a magukban lévő galaxisokig, a világegyetem kezdetekor jelen lévő enyhe űrsűrűség-többlet következtében jön létre. Ha a korai univerzumban sokkal erősebbek voltak a sűrűségingadozások, mint azok, amelyek ezeket a jellemzőket létrehozták, és ezek a fluktuációk korábban összeomlottak, mint a galaxisok valójában kialakultak, akkor ezek a rendkívül sűrű foltok stimulálhatták volna az ősfekete lyukakat.
Attól függően, hogy mikor történt ez az összeomlás, valamint az összeomlás nagysága, ezeknek az ősfekete lyukaknak nagyon eltérő tömegük lesz – tette hozzá Thos. A Thos és Fernandez-Alexander által a sötét anyag lehetséges jelöltjeiként tartott ősfekete lyukak tömege néhány tonna és ezer tonna közötti pontosságú lenne, ami kisebb, mint egy bolygó tömege, és több a kicsi kategóriájába tartozik. kisbolygó.
Tekintettel arra, hogy a tudósok által eddig felfedezett legkisebb fekete lyukak, úgynevezett csillagtömegű fekete lyukak tömege a Nap tömegének 3-50-szerese – amely maga 2,2-szerese a 27. hatvány 10-szerese (22, majd 26). ). (Zéró) tonna – Ezek az ősfekete lyukak hihetetlenül kicsik.
Fernandez-Alexander szerint a nagyobb fekete lyuk társaikhoz hasonlóan, amelyek akár hatalmas csillagok összeomlásából, akár viszonylag kisebb fekete lyukak egyesüléséből jöttek létre, az ősfekete lyukaknak is van egy fénycsapdás külső határa, amelyet eseményhorizontnak neveznek. Ennek a horizontnak az átmérőjét a fekete lyuk tömege határozza meg, ami azt jelenti, hogy az eseményhorizont ilyen esetekben hihetetlenül kicsi lenne. – Kisebb, mint egy proton sugara – mondta Fernandez-Alexander.
A kis ősfekete lyukakat korábban kizárták a sötét anyag jelöltjei közül, mert úgy gondolják, hogy minden fekete lyuk „szivárog” egy olyan típusú hősugárzást, amelyet először Stephen Hawking feltételezett 1974-ben, majd később „Hawking-sugárzásnak” nevezték el.
Minél kisebb a fekete lyuk, annál gyorsabban tud kijutni a Hawking-sugárzás, és ezért annál gyorsabban kell elpárolognia. Ez azt jelenti, hogy ha egyáltalán léteztek ősfekete lyukak, akkor a legkisebb példáknak ma már nem kellene létezniük, de a sötét anyag egyértelműen létezik.
„Az olyan tömegű ősfekete lyukakat, amelyeket Anna és én most tanulmányozunk, korábban valószínűtlennek tartották, mert azt feltételezték, hogy ekkorra már teljesen elpárologtak az univerzumban” – mondta Thos.
Dvali Györgynek, a Müncheni Egyetem elméleti fizikusának, aki Thosszal és Fernandez-Alexanderrel együttműködött a közelmúltban végzett munkája azonban azt sugallja, hogy a párolgási folyamat valamikor megszakad. Ez azt jelenti, hogy a tudósok által figyelembe vett tömegű ősfekete lyukak kvázi állandósult állapotba kerülhetnek.
„Ahhoz, hogy Hawking-sugárzással csökkentse a tömegét, a fekete lyuknak át kell írnia az információit, vagy valami mást. Ez az átírási folyamat pedig időt vesz igénybe” – magyarázta Fernandez-Alexander. „Ezt „memóriaterhelésnek” nevezik, mert ennek a memóriának most valami másra kell lépnie, és ez lelassítja az általános párolgási folyamatot. Tehát ez egyfajta stabilizálás.”
Ez a „mentőmechanizmus” azt jelenti, hogy az ősfekete lyukak visszatértek a sötét anyag potenciális jelöltjeiként!
Halott csengő a sötét anyag számára?
Az a tény azonban, hogy ma az univerzumban léteznek ősfekete lyukak, nem jelenti azonnal azt, hogy sötét anyag gyanúsítottnak kellene tekinteni őket. Valójában más okai is vannak annak, hogy ezeket a kis hipotetikus fekete lyukakat az univerzum titokzatos anyagtartalmához kapcsolják.
A legnyilvánvalóbb összefüggés talán az, hogy a sötét anyag nem lép kölcsönhatásba a fénnyel. A sötét anyag nem bocsát ki és nem veri vissza fényt, és az összes fekete lyukat határos eseményhorizont jelzi azt a pontot, ahol az átkeléshez szükséges szökési sebesség meghaladja a fénysebességet. Ez azt jelenti, hogy az ősfekete lyukak „csapdába ejtenek” minden beeső fényt, ami a kölcsönhatások látszólagos hiányát eredményezi.
„Ha elég világosak, akkor valahol egy bolygótömeg körül az ősfekete lyukak sötét anyag részecskéként viselkednek minden számunkra fontos cél érdekében” – mondta Thos. „A sötét anyag a szabványos modellekben ütközésmentes, így a sötét anyag részecskéi nem lépnek olyan kölcsönhatásba egymással, hogy hatással legyenek az univerzumra.”
Hozzátette: ha az ősfekete lyukak könnyebbek lennének a bolygótömegeknél, még kozmikus időskálán is olyan kicsik lennének, hogy ritkán ütköznének. Ezek az ősfekete lyukak együttesen létrehozhatják azokat a gravitációs hatásokat, amelyeket jelenleg a sötét anyagnak tulajdonítunk, például olyan gravitációs hatást, amely megakadályozza a gyorsan forgó galaxisok elrepülését.
Ha azonban az ősfekete lyukaknak aggregálódniuk kellene, hogy figyelembe vegyék a sötét anyag hatását, mi akadályozná meg, hogy ezek a fekete lyukak összegyűljenek, és nagyobb fekete lyukakká egyesüljenek? Nem lesz egy csomó apró fekete lyuk végül csak egy szupermasszív fekete lyuk? Ezt kivizsgálták, és a válasz egyszerűen: „Nem” – mondta Thos.
„Még ha figyelembe vesszük is a csomósodást, az egyesülési időskálák olyan hosszúak, hogy az univerzum teljes élettartama alatt csak nagyon masszív fekete lyukakká egyesülnének” – folytatta.
Thos hozzátette, hogy az ősfekete lyukak sötét anyag magyarázataként való felhasználásának szépsége abban rejlik, hogy ellentétben azzal, hogy a rejtvény magyarázatához egy hipotetikus részecskét, például a tengelyt javasolunk, az ősi fekete lyukak nem igénylik a részecskefizika standard modelljének kiterjesztését. A világegyetem legjobb magyarázata a szubatomi skálákon van.
Azonban nagyon nehéz lenne az ősfekete lyukakat sötét anyagként megerősíteni, ha valóban megmagyarázzák ezt a jelenséget. Fényfogó jellegük ismét azt jelenti, hogy gyakorlatilag láthatatlanok. Ezen túlmenően ilyen kis méretben nem rendelkeznek ugyanolyan masszív gravitációs hatással, mint csillag- és szupermasszív testvéreik.
Még akkor sem, ha felfedeztek egy csoport ősfekete lyukat, nem igazán lehet különbséget tenni a sok kis fekete lyuk és egy nagy fekete lyuk között.
E nehézség ellenére Thos és Fernandez-Alexander az ősfekete lyukak végében kíván maradni – legalábbis elméletben. Ha a sötétanyag-jelölt részecskék továbbra sem jelennek meg, a válasz talán az, hogy több fizikust arra késztet, hogy nézze meg a részecskefizika és a kozmológia közötti metaforikus kerítést.
„Nem mondhatom, hogy az ősfekete lyukakat valaha is kizárták volna a sötét anyag jelöltjeként, de egy ideig figyelmen kívül hagyták őket” – mondta Fernandez-Alexander. „Most, mivel nem igazán észleljük a részecskék sötét anyagát, úgy gondolom, hogy egyre helyénvalóbb megfontolni ezt a lehetőséget.”
„Utazási specialista. Tipikus közösségi média tudós. Az állatok barátja mindenhol. Szabadúszó zombinindzsa. Twitter-barát.”
/cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_asset/file/22524093/vpavic_210512_4592_0131.jpg)
More Stories
A NASA kereskedelmi személyzetének összehasonlítása a Boeing Starliner és a SpaceX Dragon között
Csütörtök este a SpaceX célul tűzi ki 33. Cape rakétájának 2024-es kilövését
A régi Hubble Űrteleszkóp egy meghibásodás után újra életre kel