На самому світанку нашого Всесвіту чорні діри могли утворитися у спосіб, що сильно відрізняється від відомого зараз. Принаймні так стверджують деякі теорії. А докази на їхнє підтведження, як виявилося, можуть ховатися зовсім поруч.
Первинні чорні діри та їхні сліди
Уявіть собі утворення чорної діри, і ви, напевно, уявите масивну зірку, у якої закінчується паливо і вона колапсує сама на себе. Проте хаотичні умови раннього Всесвіту могли також дозволити утворитися багатьом маленьким чорним дірам задовго до появи перших зір.
Ці первісні чорні діри теоретично існували протягом десятиліть і навіть могли бути вічно невловимою темною матерією, невидимою матерією, на яку припадає 85% загальної маси Всесвіту.
Досі жодної первинної чорної діри не спостерігали
Нове дослідження, проведене під керівництвом Університету Буффало, пропонує розглянути як великі, так і малі форми, щоб підтвердити їхнє існування, припускаючи, що їхні ознаки можуть варіюватися від дуже великих порожнистих планетоїдів у космосі до мікроскопічних тунелів у повсякденних матеріалах, знайдених на Землі, таких як каміння, метал і скло.
Теоретичне дослідження, яке має бути опубліковане у грудневому номері журналу Physics of the Dark Universe, стверджує, що первинна чорна діра (ПЧД), яка опинилася у пастці у великому кам’янистому об’єкті в космосі, поглинула б його рідке ядро і залишила б його порожнистим. З іншого боку, ПЧД може залишити після себе прямі тунелі, достатньо великі, щоб їх можна було побачити в мікроскоп, якщо вона пройде крізь твердий матеріал, включаючи матеріал прямо тут, на Землі.
«Шанси знайти ці підписи невеликі, але пошук не потребуватиме багато ресурсів, а потенційна віддача — перші докази існування первинної чорної діри — буде величезною, — говорить співавтор дослідження Деян Стойкович, доктор філософії, професор фізики в Коледжі мистецтв і наук Університету Буффало. — Ми повинні мислити нестандартно, бо те, що було зроблено для пошуку первинних чорних дір раніше, не спрацювало».
У дослідженні було підраховано, наскільки великим може бути порожнистий планетоїд, не руйнуючись, і ймовірність того, що первісна чорна діра пройде крізь об’єкт на Землі.
Пошук слідів чорних дір у порожнистих об’єктах
Коли Всесвіт швидко розширювався після Великого вибуху, окремі ділянки простору могли бути щільнішими, ніж їхнє оточення, що призвело до їхнього колапсу та утворення первинних чорних дір.
ПЧД мали б набагато меншу масу, ніж зоряні чорні діри, які пізніше утворилися від вмираючих світил, але вони все одно були б надзвичайно щільними, як маса гори, спресована в області розміром з атом.
Стойкович, який раніше пропонував, де шукати теоретичні червоточини, задається питанням, чи не потрапляла ПЧД у пастку планети, супутника чи астероїда під час або після свого утворення.
«Якщо об’єкт має рідке центральне ядро, то захоплена ПЧД може поглинути рідке ядро, щільність якого вища за щільність зовнішнього твердого шару», — каже Стойкович.
Якщо об’єкт зіткнеться з астероїдом, ПЧД може вилетіти з нього, не залишивши після себе нічого, крім порожньої оболонки.
Але чи буде така оболонка достатньо міцною, щоб підтримувати себе, чи вона просто зруйнується під дією власного натягу? Порівнюючи міцність природних матеріалів, таких як граніт і залізо, з поверхневим натягом і поверхневою щільністю, дослідники підрахували, що такий порожнистий об’єкт може бути не більше однієї десятої радіуса Землі, що робить його більш схожим на малу планету, ніж на справжню планету.
«Якщо він буде більшим за цей розмір, він зруйнується», — каже Стойкович.
Ці порожнисті об’єкти можуть бути виявлені за допомогою телескопів. Масу, а отже, і густину, можна визначити, вивчаючи орбіту об’єкта.
Повсякденні предмети можуть бути детекторами чорних дір
Згідно з дослідженням, для об’єктів без рідкого ядра чорні діри можуть просто проходити крізь них і залишати після себе прямий тунель. Наприклад, чорна діра масою 1022 грами залишила б після себе тунель товщиною 0,1 мікрона.
Велика плита металу або іншого матеріалу могла б слугувати ефективним детектором чорних дір, відстежуючи раптову появу цих тунелів, але Стойкович каже, що шанси на пошук існуючих тунелів у дуже старих матеріалах — від будівель, яким сотні років, до скель, яким мільярди років, — були б більшими.
Проте, навіть якщо припустити, що темна матерія дійсно складається з ПЧД, вони підрахували, що ймовірність проходження ПЧД крізь валун, якому мільярд років, становить 0,000001.
Отже, ймовірність того, що ПЧД пройде через вас протягом вашого життя, м’яко кажучи, невелика. Навіть якби це сталося, ви, ймовірно, не помітили б цього.
На відміну від каменю, людська тканина має невелику напруженість, тому ПЧД не розірве її на частини. І хоча кінетична енергія ПЧД може бути величезною, під час зіткнення вона не може вивільнити багато енергії, оскільки рухається дуже швидко.
Потрібні нові теоретичні рамки
Теоретичні дослідження, подібні до цього, мають вирішальне значення, каже Стойкович, зазначаючи, що багато фізичних концепцій, які колись здавалися неправдоподібними, тепер вважаються ймовірними.
Наразі ця галузь, додає Стойкович, стикається з деякими серйозними проблемами, серед яких — темна матерія. Останнім великим революціям у цій галузі — квантовій механіці та загальній теорії відносності — вже сто років.
«Найрозумніші люди на планеті працюють над цими проблемами вже 80 років і досі не розв’язали їх, — каже він. — Нам не потрібне просте розширення існуючих моделей. Ймовірно, нам потрібна абсолютно нова структура».
За матеріалами phys.org
