Nowe badania sugerują, że czarne dziury powstałe podczas Wielkiego Wybuchu mogą żyć znacznie dłużej, niż wcześniej sądzono. W rzeczywistości te maleńkie pierwotne czarne dziury mogą żyć wystarczająco długo, aby stać się emitującymi energię białymi dziurami o masie ludzkiego włosa brwiowego.
Pierwotny czarne dziury Uważa się, że powstały w wyniku fluktuacji niewiarygodnie gorącej i gęstej materii, która chwilę po tym wypełniła wszechświat Wielki Wybuch. Kontrastuje to z czarnymi dziurami o masie gwiazdowej lub „astrofizycznymi”, które są nam znane z zapadania się masywnych gwiazd, takich jak. Pierwotne czarne dziury pozostają niewykryte, a zatem mają charakter hipotetyczny.
Wielu naukowców uważa, że niepowodzenie w wykryciu astrofizycznych czarnych dziur wynika z ich wyparowania i w związku z tym już nie istnieją w kosmosie liczącym 13,8 miliarda lat. Jest to możliwe, ponieważ sugeruje się, że czarne dziury „wyciekają” rodzaj promieniowania cieplnego zwanego „promieniowaniem Hawkinga” zaproponowanym przez Stephena Hawkinga w latach 70. Im mniejsza masa czarnej dziury, tym jest ona gorętsza, a co za tym idzie, im szybciej ucieka promieniowanie Hawkinga i tym szybciej odparowuje, a proces ten może zakończyć się wybuchowym finałem.
Czarne dziury o masach gwiazdowych i masach nawet setek razy większych od słońcesą masywne i wystarczająco chłodne, aby wyciekać na tyle powoli, aby przetrwać wielokrotnie sam wszechświat; Z drugiej strony pierwotne czarne dziury o masach znacznie mniejszych nie mają tyle szczęścia – a przynajmniej tak nam się wydawało. Badacz z Eberly College of Science, Daniel Paraizo i jego współpracownicy, sugerują, że istnieje sposób, dzięki któremu pierwotne czarne dziury o odpowiedniej masie mogą przetrwać ten proces i przejść zaskakującą transformację.
„Odkryliśmy, że życie czarnych dziur jest znacznie dłuższe, niż wcześniej sądzono” – Paraizo powiedział Space.com. „Zidentyfikowane przez nas zjawiska mają znaczenie dla czarnych dziur, które prawdopodobnie powstały we wczesnym wszechświecie. Obiekty te nie zostały jeszcze zaobserwowane, ale ich poszukiwania są przedmiotem intensywnego zainteresowania jako kandydatów na ciemną materię. Czarne dziury zaczynają umierać poprzez emisję termicznego promieniowania Hawkinga. Zagadką jest to, co dzieje się, gdy osiągną masę Plancka, która wynosi około 20 mikrogramów”.
Czarna dziura wielkości jaja pcheł
Masa Plancka wynosząca około 0,000000022 kilograma jest podstawową jednostką masy w fizyce uważaną za fascynującą, ponieważ jest to punkt, w którym zaczynają obowiązywać zasady rządzące cząstkami subatomowymi i kwant fizyki, a także tych, które rządzą grawitacją i ogólna teoria względności jako całość stają się równie ważne. Fizycy uważają to za górną granicę masy dowolnej pojedynczej cząstki elementarnej, przy czym każda cząstka powyżej tej zapada się, tworząc mikroskopijną czarną dziurę.
W codziennym życiu masa Plancka jest mniej więcej równa ludzkiemu włosowi brwiowemu lub jaju pcheł, które waży około jednej pięćdziesiątej tysięcznej galaretki.
Paraizo wyjaśnił, że gdy pierwotna czarna dziura wyparuje do masy Plancka, stając się tak zwaną czarną dziurą Plancka, istnieje kilka proponowanych losów, jakie może ją spotkać. Obejmuje to zniknięcie zewnętrznej granicy definiującej, czym jest czarna dziura, czyli obszaru wychwytującego światło lub promieniowanie elektromagnetyczne, zwanego horyzontem zdarzeń. „Badany przez nas mechanizm śmierci tej czarnej dziury wielkości Plancka polega na stopniowym zanikaniu horyzontu zatrzymującego promieniowanie” – powiedział Paraizo.
Zespół przeprowadził obliczenia matematyczne, które ujawniły pierwotną czarną dziurę utworzoną o masie początkowej średniej wielkości asteroidaokoło 1 miliarda ton, rozpada się w ciągu około miliarda lat i emituje termiczne promieniowanie Hawkinga, aż osiągnie masę Plancka. Jednak pierwotna czarna dziura, która narodziła się o masie zaledwie 1 tony, natychmiast eksplodowałaby, osiągając natychmiast masę Plancka. To, co dzieje się później, odróżnia ustalenia zespołu od poprzednich badań. „Właśnie wtedy nasze wyniki przewidują coś nowego: poprzednie argumenty wskazywały, że pozostałe 20 mikrogramów jest napromieniowywane w ciągu co najmniej 1 sekundy; nasze szacunki pokazują zamiast tego, że te 20 mikrogramów pozostałości są praktycznie stabilne” – wyjaśnia Paraizo. „Kiedy czarna dziura osiągnie próg 20 mikrogramów, odkrywamy, że zaczyna emitować oczyszczające promieniowanie [named because it is said to ‘purify’ the quantum state of the universe] ze względu na zachowanie charakterystyczne dla białej dziury.
„Dlatego nawet jeśli nie znamy jeszcze fizyki w pobliżu białej dziury, z dużej odległości identyfikujemy obiekt, który ma dokładnie takie same właściwości”.
Białe dziury to kolejna hipotetyczna jednostka w fizyce, sugerowana jako w rzeczywistości „czarna dziura odwrócona w czasie”, która zamiast zatrzymywać w sobie materię i promieniowanie, jak robią to czarne dziury, bez końca wypychają materię i promieniowanie.
Wszelkie dalsze przewidywania dotyczące losu tych pierwotnych czarnych dziur, które przyjmą wygląd białej dziury, wymagałyby teorii łączącej ogólną teorię względności i mechanikę kwantową, znanej jako „grawitacja kwantowa”, która niezmiennie wymykała się fizykom od początku XX wieku.
„Proste założenia fizyczne dotyczące fizyki z dala od czarnej dziury mogą nam wiele powiedzieć o ich czasie życia i przejściu do fazy stabilnej, która wygląda jak biała dziura o masie 20 mikrogramów” – mówi Paraizo. „Fakt, że możemy wywnioskować te właściwości przy użyciu jedynie minimalnych składników na podstawie grawitacji kwantowej, jest niezwykły”.
Wstępnie zrecenzowana wersja badań zespołu jest dostępna w witrynie repozytorium badań arXiv.
