Skrývá se temná hmota vesmíru v prvotních černých dírách?

Nový model týmu vědců vedených Yaleskou univerzitou naznačuje, že stále nepolapitelná temná hmota, která dosud unikla detekci vědců, může být uvězněna v primordiálních černých dírách, které zbyly po velkém třesku.

Pokud nebo až bude vesmírný dalekohled Jamese Webba plně zprovozněn a zahájí svá pozorování vývoje raného vesmíru, může být schopen objasnit jednu z velkých záhad moderní fyziky: existuje temná hmota, a pokud ano, co je to?

Temná hmota je v podstatě největší zaokrouhlovací chyba, která se kdy v dějinách vědy vyskytla. Když astrofyzici začali zkoumat strukturu vesmíru a to, jak se vyvinul z Velkého třesku před 13,8 miliardami let, vytvořili si stále podrobnější obrázek o tom, jak se vesmír vyvíjel od prvního okamžiku svého bytí.

Problém byl v tom, že fyzika jednoduše nedokázala správně vysvětlit, jak vesmír vznikl, jak ho pozorování popsala. Všechno od vzniku hvězd a galaxií po povahu záření kosmického pozadí se nemohlo stát s množstvím hmoty, které můžeme pozorovat. Ve skutečnosti současné teorie naznačují, že deficit hmoty a energie je jedním z 95 procent, přičemž běžná hmota a energie tvoří zbývajících pět procent.

Tento masivní deficit je třeba vysvětlovat z více důvodů, než z neuspořádanosti. Mohlo by to být také vodítko k povaze vesmíru. Byla to chyba v Maxwellových rovnicích, která naznačovala existenci elektromagnetického záření. Planety Uran a Neptun byly objeveny, protože oběžná dráha Saturnu nebyla tak vypočítaná a právě světlo, které se nechová tak, jak by mělo, pomohlo vytvořit Einsteinovu teorii relativity.

Na druhou stranu, pokud tam není něco, co tvoří těch 95 procent deficitu hmoty a energie, pak to vědci zásadně podělali na velmi základní úrovni.

Současná teorie říká, že temná hmota tvoří asi 85 procent hmoty ve vesmíru. Ačkoli to nikdy nebylo pozorováno, předpokládá se, že temná hmota je tvořena nějakou formou exotické hmoty, včetně sterilních neutrin, slabě interagujících hmotných částic (WIMPS) nebo axionů, které nemají žádnou interakci s žádnou formou elektromagnetického záření.

Zjednodušeně řečeno, temná hmota nemůže absorbovat, odrážet ani lámat světlo ani žádnou jinou část spektra. Jediným vodítkem, že vůbec existuje, je to, že s normální hmotou a energií interaguje pouze prostřednictvím gravitace. Díky tomu je extrémně obtížné ho odhalit, natož se o něm něco dozvědět.

Podle týmu z Yale nespočívá odpověď na záhadu temné hmoty v exotických částicích, ale v primordiálních černých dírách o velikosti od mikroskopických skvrn až po miliardy mil v průměru. Tyto černé díry jsou oblasti časoprostoru, kde se velká tělesa hmoty zhroutila do sebe a zanechala za sebou gravitační studnu tak silnou, že z ní nemůže uniknout ani světlo.

V 70. letech 20. století fyzici Stephen Hawking a Bernard Carr navrhli, že během první sekundy existence vesmíru po Velkém třesku mohlo docházet ke kolísání jeho hustoty, přičemž některé oblasti byly natolik zaneřáděné, že vytvořily černé díry. Tato hypotéza se neujala, ale nová studie z Yale tuto myšlenku upravila a vypočítala, že pokud by většina prvotních černých děr měla počáteční hmotnost přibližně 1,4krát větší než Slunce, mohla by odpovídat za veškerou temnou hmotu – zejména jak pokračovali v pohlcování více plynu nebo dokonce hvězd ve své blízkosti. Kromě toho mohly fungovat jako zárodky, kolem kterých se formovaly galaxie a vytvořily supermasivní černé díry nalezené v mnoha galaktických jádrech.

Pokud je tomu tak, pak by vesmírný teleskop Jamese Webba mohl poskytnout určité potvrzení teorie shromažďováním údajů o tom, jak se hvězdy, galaxie a planetární systémy formovaly, když jeho infračervené senzory zkoumaly okraje vesmíru, kde je světlo z rané historie vesmíru. stále k nám streamuje.

„Pokud se první hvězdy a galaxie již vytvořily v takzvaném ‚době temna‘, Webb by měl být schopen vidět jejich důkazy,“ říká Günther Hasinger, ředitel pro vědu a studie ESA.

Výzkum bude zveřejněn v Astrophysical Journal.

Zdroj: Yale University