O lucrare științifică testează o teorie a lui Stephen Hawking despre materia întunecată și găurile negre

O nouă lucrare științifică prezintă un nou punct de vedere despre ce ar putea fi materia întunecată:  găurile negre primordiale. Acest candidat a fost propus pentru prima dată în anii 1970 de o teorie a lui Stephen Hawking și a lui Bernard Carr.

Universul este prea greu. Conform măsurătorilor materiei normale din Univers, aceasta nu este suficientă pentru a explica puterea efectelor gravitaționale pe care le putem vedea, scrie Science Alert.

• O populație necunoscută de galaxii ar putea rezolva misterul energetic al Universului
• Parcă desprins din SF: o planetă orbitează perpendicular pe un sistem stelar binar

Orice alcătuiește restul masei nu este ceva ce poate fi detectat în mod direct, iar încercarea de a ne da seama ce ar putea fi este atât uluitoare, cât și consumatoare. Termenul substituent pentru această masă misterioasă este „materie întunecată” și există mai mulți candidați ipotetici.

O teorie a lui Stephen Hawking spune că materia întunecată ar putea fi generată de găurile negre primordiale

„Studiul nostru prezice cum ar arăta Universul timpuriu dacă, în loc de particule necunoscute, materia întunecată ar fi creată de găurile negre formate în timpul Big Bang, așa cum sugerează o teorie a lui Stephen Hawking din anii 1970”, spune fizicianul Nico Cappelluti, de la Universitatea din Miami.

„Acest lucru ar avea câteva implicații importante. În primul rând, nu am avea nevoie de „o nouă fizică” pentru a explica materia întunecată. Mai mult, acest lucru ne-ar ajuta să răspundem la una dintre cele mai convingătoare întrebări ale astrofizicii moderne: cum au putut găurile negre supermasive din Universul timpuriu să crească atât de mari și atât de repede?”, a adăugat fizicianul.

„Având în vedere mecanismele pe care le observăm astăzi în Universul modern, ele nu ar fi avut suficient timp pentru a se forma. Acest lucru ar rezolva, de asemenea, misterul de lungă durată al motivului pentru care masa unei galaxii este întotdeauna proporțională cu masa găurii negre supermasive din centrul ei”, spune Cappelluti.

Există mai multe motive pentru care găurile negre nu sunt un candidat principal pentru materia întunecată. Cu toate acestea, ele sunt unul atractiv. La fel ca materia întunecată, aceste obiecte ultradense nu emit lumină și, dacă stau în spațiu fără să consume nimic, sunt foarte greu de detectat; poţi face asta doar observând efectul gravitaţional al acestora asupra spaţiului-timp înconjurător.

Găurile negre încetaseră să reprezinte un candidat pentru materia întunecată. Asta până acum

Una dintre problemele cu care se confruntă fizicienii este cantitatea aparentă de materie întunecată. Conform calculelor noastre, doar 15% din materia din Univers este alcătuită din materie normală. Restul de 85% este materie întunecată.

Este extrem de dificil să explici asta prin intermediul găurilor negre. Conform modelelor noastre, găurile negre cu masă stelară se formează din stele masive și pur și simplu nu există suficiente stele masive pentru a genera acel număr de găuri negre. Cele mai multe dintre stelele Universului sunt pitice roșii.

Găurile negre primordiale, totuși, sunt o altă problemă, motiv pentru care, în ultimii ani, sunt din nou văzute ca un candidat al materiei întunecate. După cum sugerează și numele, acestea sunt găuri negre care s-ar fi putut forma din supradensități din plasma primordială care a umplut Universul imediat după Big Bang.

Aceste găuri negre ar putea fi „semințele” din care au crescut alte găuri negre, dar altele ar fi putut rămâne suficient de mici pentru a scăpa de depistare.

La ce mai poate folosi acea teorie a lui Stephen Hawking

Această explicație ar putea ajuta, de asemenea, la explicarea altor enigme, cum ar fi modul în care găurile negre supermasive (care au de milioane sau chiar miliarde de ori masa Soarelui) devin atât de uriașe.

În acest moment, întrebarea aceasta ne pune pe gânduri. Conform calculelor echipei, acești giganți ar fi putut crește în Universul timpuriu prin fuziunea cu alte găuri negre primordiale și prin acumularea de gaze și stele din apropiere.

„Găurile negre primordiale, dacă există, ar putea fi semințele din care se formează toate găurile negre supermasive, inclusiv cea din centrul Căii Lactee”, spune astronomul și fizicianul Priyamvada Natarajan, de la Universitatea Yale.

„Ceea ce mi se pare foarte interesant la această idee este modul în care unifică în mod elegant cele două probleme cu adevărat provocatoare la care lucrez: aceea de a investiga natura materiei întunecate și formarea și creșterea găurilor negre, și le rezolvă dintr-o singură lovitură”, a adăugat astrofizicianul.

Găurile negre primordiale ar putea chiar ajuta la explicarea unui exces misterios de radiații infraroșii din Univers. Potrivit echipei, găurile negre primordiale în creștere ar produce aceeași semnătură în infraroșu.

Deși cu siguranță ar fi frumos să rezolvi atât de multe mistere dintr-o singură lovitură, există încă câteva întrebări la care am avea nevoie de răspuns.

O explicație pentru existența găurilor negre primordiale

De exemplu, lumina îndepărtată se curbează atunci când a călătorit către noi prin câmpul gravitațional al unei găuri negre și, pur și simplu, nu am detectat că acest lucru se întâmplă destul de des pentru a explica toate găurile negre care ar constitui 85% din materia din Univers.

Este posibil să nu fi efectuat genul potrivit de studii. Și asta este ceea ce și-a propus lucrarea echipei: nu să dovedească că găurile negre primordiale există, ci să expună o explicație pentru existența lor, astfel încât să ne dăm seama ce trebuie să căutăm.

Cu telescopul spațial James Webb, care urmează să fie lansat în curând, este posibil să putem obține câteva răspunsuri.

„Dacă primele stele și galaxii s-au format deja în așa-numitele „epoci întunecate”, Webb ar trebui să poată vedea dovezi ale acestora”, spune astronomul Günther Hasinger, de la Agenția Spațială Europeană.

Cercetarea a fost acceptată în The Astrophysical Journal și este disponibilă pe serverul de preprint arXiv.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință vor să descopere misterele astronomice. Ei recreează reacțiile cosmice

Incident pe Stația Spațială Internațională. Unul dintre astronauți a suferit o „problemă medicală”

O trăsătura planetară neașteptată a fost descoperită pe planeta Venus

Gunoiul spațial face cerul nopții mult mai luminos și creează probleme reale pentru astronauți