Honba za chybějícími mini černými dírami, které po sobě zanechal Velký třesk, může zesílit.
Stejně jako se zdá, že trajektorie takových malých černých děr ochladla, mezinárodní tým vědců našel důkazy v kvantové fyzice, které by mohly případ znovu otevřít. Jedním z důvodů, proč je hledání takzvaných primordiálních černých děr naléhavé, je to, že byly navrženy jako potenciální kandidáti na temnou hmotu.
Temná hmota tvoří 85 % hmoty vesmíru, ale neinteraguje se světlem tak, jako každodenní hmota. To je látka atomů, která tvoří hvězdy, planety, měsíce a naše těla. Temná hmota však interaguje s gravitací a tento efekt může nastat dopad „Obyčejná hmota“ a světlo. Ideální pro kosmickou detektivní práci.
Pokud by černé díry z Velkého třesku skutečně existovaly, byly by velmi malé – některé malé jako desetník – a proto by měly hmotnosti rovnající se hmotnosti asteroidů nebo planet. Nicméně, stejně jako jejich větší protějšky, černé díry s hvězdnou hmotností, které mohou být 10 až 100krát větší než Slunce, supermasivní černé díry, které mohou být miliony nebo dokonce miliardykrát větší než hmotnost Slunce, a miničerné díry. slunce . Úsvit času bude obklopen povrchem zachycujícím světlo zvaným horizont událostí. Horizont událostí zabraňuje černým dírám vyzařovat nebo odrážet světlo, takže malé prvotní černé díry jsou silnými kandidáty na temnou hmotu. Mohou být dostatečně malé, že si jich nikdo nevšimne, ale dostatečně silné, aby ovlivnily prostor.
Příbuzný: Malé černé díry, které po sobě zanechal Velký třesk, mohou být hlavními podezřelými v temné hmotě
Tým vědců – z Výzkumného centra pro raný vesmír (RESCEU) a Kavliho institutu pro fyziku a matematiku vesmíru (Kavli IPMU, WPI) na Tokijské univerzitě – aplikoval teoretický rámec, který kombinuje klasickou teorii pole a Einsteinova vlastní teorie. Teorie relativity a kvantová mechanika k ranému vesmíru. Ten vysvětluje chování částic, jako jsou elektrony a kvarky, a vede k tomu, co se nazývá kvantová teorie pole (QFT).
Použití QFT na rodící se vesmír vedlo tým k přesvědčení, že ve vesmíru existuje mnohem méně hypotetických primordiálních černých děr, než mnohé modely v současnosti odhadují. Pokud by tomu tak bylo, zcela by to vyloučilo existenci primordiálních černých děr jako temné hmoty.
„Nazýváme je primordiální černé díry a mnoho výzkumníků se domnívá, že jsou silnými kandidáty na temnou hmotu, ale muselo by jich být hodně, aby se tato teorie uspokojila,“ řekl Jason Christiano, postgraduální student na univerzitě v Tokiu. Řekl to v prohlášení. „Je to zajímavé i z jiných důvodů Od nedávné inovace v astronomii gravitačních vln došlo k objevům slučování binárních černých děr, což by se dalo vysvětlit tím, že primordiální černé díry existují ve velkém počtu.
„Ale navzdory těmto silným důvodům pro jejich předpokládanou hojnost jsme žádné z nich přímo neviděli a nyní máme model, který by měl vysvětlit, proč k tomu dochází.“
Vraťte se do Velkého třesku a hledejte prvotní černé díry
Nejoblíbenější modely v kosmologii naznačují, že vesmír vznikl asi před 13,8 miliardami let během počátečního období rychlé inflace: Velkého třesku.
Poté, co se během této počáteční expanze objevily ve vesmíru první částice, se prostor nakonec dostatečně ochladil, aby umožnil elektronům a protonům se spojit a vytvořit první atomy. Tehdy se zrodil prvek vodík. Navíc, než došlo k tomuto ochlazení, světlo nebylo schopno cestovat vesmírem. Elektrony totiž donekonečna rozptylují fotony, což jsou částice světla. Takže během těchto temných věků byl vesmír v podstatě temný.
Jakmile se však volné elektrony mohly navázat na protony a přestat poskakovat kolem, světlo se konečně mohlo volně pohybovat. Po této události zvané „poslední rozptyl“ a během následujícího období známého jako „éra reionizace“ se vesmír okamžitě stal průhledným pro světlo. První světlo, které v této době zářilo vesmírem, lze i dnes vidět jako převážně jednotné radiační pole, globální „fosilii“ nazývanou kosmické mikrovlnné pozadí nebo CMB.
Mezitím vytvořené atomy vodíku pokračovaly ve formování prvních hvězd, prvních galaxií a prvních kup galaxií. Zdá se, že některé galaxie mají jistě větší hmotnost, než mohou jejich viditelné složky vysvětlit, a tento přebytek je připisován výhradně temné hmotě.
Zatímco černé díry s hvězdnou hmotností vznikají kolapsem a smrtí hmotných hvězd a supermasivní černé díry rostou následným sloučením menších černých děr, prapůvodní černé díry jsou starší než hvězdy, takže musí mít jedinečný původ.
Někteří vědci se domnívají, že podmínky v horkém a hustém raném vesmíru byly takové, že menší části hmoty se mohly zhroutit vlastní gravitací a dát vznik těmto malým černým dírám s horizontem událostí ne širším než desetník nebo možná menším než proton. , v závislosti. Zablokujte je.
Tým stojící za tímto výzkumem se již dříve zabýval modely primordiálních černých děr v raném vesmíru, ale tyto modely nevyhovovaly pozorováním CMB. Aby to vědci napravili, aplikovali opravy vedoucí teorie vzniku prvotních černých děr. Opravy hlášené QFT.
„Na začátku byl vesmír neuvěřitelně malý, mnohem menší než velikost jednoho atomu. Kosmická inflace se rychle rozšířila o 25 řádů,“ uvedli Kavli IPMU a ředitel RESCEU Jun’ichi Yokoyama v prohlášení. „V té době by vlny procházející tak malým prostorem měly relativně velké amplitudy, ale velmi krátké vlnové délky.“
Tým zjistil, že tyto malé, ale silné vlny mohou podstoupit zesílení, aby se staly mnohem většími a delšími vlnami, což astronomové vidí v současném CMB. Tým věří, že toto zesílení je výsledkem koherence mezi ranými krátkými vlnami, což lze vysvětlit pomocí QFT.
„Zatímco jednotlivé krátké vlny by byly relativně bezmocné, soudržné skupiny by měly schopnost přetvořit vlny mnohem větší, než jsou oni sami,“ řekl Yokoyama. „Toto je vzácný příklad, kdy se zdá, že teorie něčeho na jednom extrémním měřítku vysvětluje něco na druhém konci stupnice.“
Pokud je teorie týmu, že rané fluktuace v malém měřítku ve vesmíru mohou růst a ovlivnit velké fluktuace v CMB, správná, mělo by to vliv na růst struktur ve vesmíru. Měření fluktuací CMB může pomoci omezit velikost původních fluktuací v raném vesmíru. To zase omezuje jevy, které se spoléhají na kratší fluktuace, jako jsou primordiální černé díry.
„Široce se věří, že kolaps krátkých, ale silných vlnových délek v raném vesmíru vedlo k vytvoření prvotních černých děr,“ řekl Christiano. „Naše studie naznačuje, že by mělo existovat mnohem méně prvotních černých děr, než by bylo potřeba, pokud by byly skutečně silnými kandidáty na temnou hmotu nebo na události gravitačních vln.“
Primordiální černé díry jsou v současnosti potvrzenými hypotézami. Je to proto, že světlo zachycující povaha černých děr s hvězdnou hmotností ztěžuje pozorování těchto větších objektů, takže si představte, jak obtížné by bylo spatřit černou díru s horizontem událostí o velikosti desetníku.
Klíč k objevu primordiálních černých děr nemusí spočívat v „konvenční astronomii“, ale v měření drobných vlnek v časoprostoru nazývaných gravitační vlny. Zatímco současné detektory gravitačních vln nejsou dostatečně citlivé na to, aby detekovaly vlnění v časoprostoru způsobené srážkou prvotních černých děr, budoucí projekty, jako je Laser Interferometer Space Antenna (LISA), vezmou detekci gravitačních vln do vesmíru. To by mohlo pomoci potvrdit nebo vyvrátit teorii týmu a přiblížit vědce k potvrzení, zda za temnou hmotu mohou prvotní černé díry.
Výzkum týmu byl zveřejněn ve středu (29. května) v časopise Physical Review Letters.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
