Czarne dziury powstają na koniec życia niektórych gwiazd - poprzez zapadnięcie się gwiazdy w trakcie wybuchu supernowej - i są one raczej stabilne. W 1970 roku fizyk Stephen Hawking wskazał jednak, że może istnieć inny rodzaj czarnych dziur, zwanych pierwotnymi (ang. primordial black hole, PBH). Obiekty te miały utworzyć się tuż po Wielkim Wybuchu, ale nigdy ich nie zaobserwowano. Jak wynika z badania opublikowanego na łamach "Physical Review Letters", być może już wkrótce będziemy mieli szansę na znalezienie dowodu na ich istnienie.
Ciemne elektrony
Hipoteza "wybuchu czarnej dziury" opiera się na obserwacji, że wszystkie czarne dziury posiadają temperaturę i mogą powoli emitować cząstki w procesie znanym jako promieniowanie Hawkinga. Im gorętszy obiekt, tym więcej cząstek będzie emitować, co doprowadzi do sprzężenia - gdy obiekty stracą masę, staną się gorętsze i wyemitują więcej promieniowania. Ostatecznie może to doprowadzić do eksplozji. PBH mają być znacznie lżejsze niż dziury gwiazdowe. W praktyce oznacza, że tylko one mogą stracić wystarczająco dużo masy, by wybuchnąć za naszego życia - dziury gwiazdowe po prostu nie miały jeszcze na to szansy.
- Wiemy, jak obserwować promieniowanie Hawkinga. Możemy je dostrzec za pomocą naszych obecnych teleskopów - wyjaśnił Joaquim Iguaz Juan z Uniwersytetu Massachusetts w Amherst, współautor badania. - A ponieważ jedyne czarne dziury, które mogą eksplodować w najbliższej przyszłości, to właśnie PBH, będziemy wiedzieć, że jeśli zobaczymy promieniowanie Hawkinga, to pochodzi ono z eksplodującej pierwotnej czarnej dziury.
Chociaż fizycy od czasów Hawkinga uważali, że szanse na zaobserwowanie eksplodującej PBH są znikome, grupa naukowców postanowiła przyjrzeć się temu problemowi. W tym celu skonstruowali oni model "ciemnej elektrodynamiki kwantowej", oparty na znanych nam oddziaływaniach elektrycznych, ale z dodatkiem bardzo ciężkiej, hipotetycznej wersji elektronu, który nazwano "ciemnym elektronem". Czarne dziury nie mają ładunku elektrycznego, zwykle zakłada się więc, iż pierwotne czarne dziury również są obojętne elektrycznie.
- My wyszliśmy z innego założenia - przekazał Michael Baker z Uniwersytetu Massachusetts w Amherst, główny autor badania. - Wykazaliśmy, że jeśli pierwotna czarna dziura powstaje z niewielkim ciemnym ładunkiem elektrycznym, powinna ona ulec tymczasowej stabilizacji, zanim ostatecznie eksploduje.
Dość wysokie prawdopodobieństwo
Po analizie dostępnych danych eksperymentalnych oszacowano, iż potencjalnie da się obserwować jedną eksplozję pierwotnej czarnej dziury co 10 lat, a nie co 100 tysięcy lat, jak do tej pory przypuszczano.
- Nie twierdzimy, że na pewno stanie się to w tej dekadzie, ale istnieje 90-procentowe prawdopodobieństwo, że tak się stanie - tłumaczył Baker. - Dysponujemy już technologią umożliwiającą obserwację tych wybuchów, dlatego powinniśmy być gotowi.
Gdyby udało się zaobserwować takie zjawisko, byłaby to pierwsza w historii bezpośrednia obserwacja promieniowania Hawkinga, a także pierwsza obserwacja pierwotnej czarnej dziury. Ponadto podczas wybuchu moglibyśmy zaobserwować pełen zestaw cząstek subatomowych, w tym tych nieznanych nauce. Katalog ten w końcu odpowiedziałby na jedno z najstarszych pytań ludzkości: skąd wzięło się wszystko, co istnieje?
- Coś takiego mogłoby zrewolucjonizować fizykę i pomóc nam przepisać na nowo historię Wszechświata - dodał Juan.
Autorka/Autor: ast
Źródło: PAP, University of Massachusetts
Źródło zdjęcia głównego: Shutterstock