Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες είναι ένας από τους ισχυρότερους υποψηφίους για τη σκοτεινή ύλη που λείπει από το σύμπαν. Όμως μια νέα θεωρία υποδηλώνει ότι δεν σχηματίστηκαν αρκετές από τις μικροσκοπικές μαύρες τρύπες για να ισχύει κάτι τέτοιο.
Το πρώιμο σύμπαν περιείχε πολύ λιγότερες μικροσκοπικές μαύρες τρύπες από ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα, καθιστώντας την προέλευση της χαμένης ύλης του σύμπαντος μας ένα ακόμη μεγαλύτερο μυστήριο, σύμφωνα με μια νέα μελέτη.
Οι μικροσκοπικές ή αρχέγονες μαύρες τρύπες (PBH) είναι μαύρες τρύπες που πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σύμφωνα με τις επικρατέστερες θεωρίες, αυτές οι singularities μεγέθους μιας δεκάρας εμφανίστηκαν από ταχύτατα καταρρέουσες περιοχές πυκνού, θερμού αερίου.
Οι θύλακες του απείρως πυκνού χωροχρόνου είναι ο τρόπος με τον οποίο πολλοί φυσικοί εξηγούν τη σκοτεινή ύλη του σύμπαντος, μια μυστηριώδης οντότητα που, παρά το γεγονός ότι είναι εντελώς αόρατη, καθιστά το σύμπαν πολύ βαρύτερο από ό,τι μπορεί να εξηγηθεί από την ύλη που βλέπουμε.
Αλλά παρόλο που η υπόθεση είναι δημοφιλής, έχει ένα μεγάλο πρόβλημα: δεν έχουμε ακόμη παρατηρήσει άμεσα καμία αρχέγονη μαύρη τρύπα. Τώρα, μια νέα μελέτη έχει προσφέρει μια πιθανή εξήγηση για το γιατί δεν σχηματίστηκαν, θέτοντας το πρόβλημα της σκοτεινής ύλης της κοσμολογίας σε ευρύτερες εικασίες.
Σύμφωνα με την έρευνα, το σύγχρονο σύμπαν θα μπορούσε να έχει διαμορφωθεί με πολύ λιγότερες αρχέγονες μαύρες τρύπες από ό,τι εκτιμούσαν τα προηγούμενα μοντέλα. Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 29 Μαΐου στο περιοδικό Physical Review Letters.
“Πολλοί ερευνητές θεωρούν ότι [οι αρχέγονες μαύρες τρύπες] είναι ένας ισχυρός υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη, αλλά θα πρέπει να υπάρχουν πολλές από αυτές για να ικανοποιηθεί αυτή η θεωρία”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Jason Kristiano, μεταπτυχιακός φοιτητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο. “Είναι ενδιαφέρουσες και για άλλους λόγους, καθώς μετά την πρόσφατη καινοτομία της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων, έχουν ανακαλυφθεί συγχωνεύσεις δυαδικών μαύρων οπών, οι οποίες μπορούν να εξηγηθούν αν οι PBH υπάρχουν σε μεγάλους αριθμούς. Όμως, παρά τους ισχυρούς αυτούς λόγους για την αναμενόμενη αφθονία τους, δεν έχουμε δει καμία άμεσα, και τώρα έχουμε ένα μοντέλο που θα πρέπει να εξηγήσει γιατί συμβαίνει αυτό”.
Μια τρύπα στην εικόνα
Το σύμπαν ξεκίνησε πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια με τη Μεγάλη Έκρηξη, με αποτέλεσμα το νεαρό σύμπαν να εκραγεί προς τα έξω λόγω μιας αόρατης δύναμης γνωστής ως σκοτεινή ενέργεια.
Καθώς το σύμπαν μεγάλωνε, η συνηθισμένη ύλη, η οποία αλληλεπιδρά με το φως, συσσωματώθηκε γύρω από συστάδες αόρατης σκοτεινής ύλης για να δημιουργήσει τους πρώτους γαλαξίες, οι οποίοι συνδέθηκαν μεταξύ τους με έναν τεράστιο κοσμικό ιστό. Σήμερα, οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι η συνηθισμένη ύλη, η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια αποτελούν περίπου το 5%, 25% και 70% της σύνθεσης του σύμπαντος, αντίστοιχα.
Αρχικά, το σύμπαν ήταν αδιαφανές, ένας ζωμός πλάσματος που κανένα φως δεν μπορούσε να διασχίσει χωρίς να παγιδευτεί από ηλεκτρομαγνητικά πεδία που παράγονται από κινούμενα φορτία. Ωστόσο, μετά από 380.000 χρόνια ψύξης και διαστολής, το πλάσμα τελικά ανασυνδυάστηκε σε ουδέτερη ύλη, εκπέμποντας μικροκυματική στατική που έγινε το πρώτο φως του σύμπαντος, το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB).
Οι κοσμολόγοι ψάχνουν για αυτές τις πρώιμες μαύρες τρύπες μελετώντας αυτή την πρώτη εικόνα του σύμπαντος από το μωρό. Ωστόσο, μέχρι στιγμής, δεν έχει βρεθεί καμία.
Ορισμένοι φυσικοί πιστεύουν ότι υπάρχει η πιθανότητα να μην έχουν ανακαλύψει τον τεράστιο αριθμό αρχέγονων μαύρων οπών που απαιτούνται για να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη, απλώς και μόνο επειδή δεν έχουν μάθει ακόμη πώς να τις ανιχνεύουν.
Εφαρμόζοντας όμως στο πρόβλημα ένα μοντέλο που βασίζεται σε μια προηγμένη μορφή της κβαντομηχανικής που ονομάζεται κβαντική θεωρία πεδίου, οι ερευνητές πίσω από τη νέα μελέτη κατέληξαν σε ένα διαφορετικό συμπέρασμα – δεν μπορούμε να βρούμε αρχέγονες μαύρες τρύπες επειδή οι περισσότερες από αυτές απλώς δεν υπάρχουν.
Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι προέκυψαν από την κατάρρευση σύντομων αλλά ισχυρών βαρυτικών κυμάτων που κυμάτιζαν στο σύμπαν. Εφαρμόζοντας το μοντέλο τους σε αυτά τα κύματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να συνδυαστούν πολύ λιγότερα από αυτά τα κύματα απ’ ό,τι εκτιμούν άλλες θεωρίες για να διαμορφωθούν μεγαλύτερες δομές σε όλο το σύμπαν. Και όσο λιγότερα είναι τα κύματα που απαιτούνται για την αναδημιουργία της εικόνας, τόσο λιγότερες είναι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες.
“Πιστεύεται ευρέως ότι η κατάρρευση μικρών αλλά ισχυρών μηκών κύματος στο πρώιμο σύμπαν είναι αυτό που δημιουργεί τις αρχέγονες μαύρες τρύπες”, δήλωσε ο Kristiano. “Η μελέτη μας υποδηλώνει ότι θα πρέπει να υπάρχουν πολύ λιγότερες PBH απ’ ό,τι θα χρειαζόταν, αν όντως είναι ένας ισχυρός υποψήφιος για σκοτεινή ύλη ή για γεγονότα βαρυτικών κυμάτων”.
Για να επιβεβαιώσουν τη θεωρία τους, οι ερευνητές θα κοιτάξουν σε μελλοντικούς, υπερευαίσθητους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, όπως το πρόγραμμα Laser Interferometer Space Antenna (LISA), το οποίο πρόκειται να σταλεί στο διάστημα με πύραυλο Ariane 3 το 2035.
Πηγή: livescience.com
