Астрономи давно вивчають природу чорних дір: з’ясовують, як вони утворюються, як функціонують, як впливають на навколишній простір і яку роль відіграють в еволюції всесвіту. Ці об’єкти є одними з найцікавіших небесних явищ, але дуже багато в них залишається загадкою. Наприклад, одна з спекулятивних ідей полягає в тому, що наша всесвіт могла бути утворена в чорній дірі іншої всесвіту, і тепер астрономи виявили нові докази того, що чорні діри існували з початку часів.
buradaki / istock
Реклама
У новому дослідженні опубліковане у виданні astrophysical journal, йдеться про те, що крихітні чорні діри могли існувати через кілька миттєвостей після того, як в результаті великого вибуху виникла наша всесвіт. Ці первинні чорні діри( пчд), ймовірно, зіграли величезну роль у прискореному формуванні зірок і галактик, говориться в дослідженні.
Ще в 70-х роках стівен хокінг і бернард карр припустили, що крихітні чорні діри могли з’явитися одночасно з народженням всесвіту. Хокінг і карр міркували, що в перші частки секунди існування всесвіту невеликі коливання щільності могли надати певним областям додаткову масу. Потім ці області могли колапсувати в чорні діри.
Якщо такі дірки існують, то вони, ймовірно, були створені у великій кількості в першу секунду великого вибуху, близько 13,77 мільярдів років тому. Хоча найменші з них вже зникли б в процесі випромінювання хокінга, розрахунки показують, що чорні діри з масою, що перевищує масу невеликого астероїда, можливо, все ще продовжують сьогодні таїтися у всесвіті.
Темна матерія. Що це?
Можливо, найважливішим або, принаймні, найцікавішим наслідком поточного відкриття є те, що ці чорні діри можуть бути причиною існування темної матерії, яка, як вважається, становить близько 85% всієї матерії у всесвіті, але ми не знаємо, звідки вона взялася і як вона взагалі влаштована. Ці крихітні чорні діри самі по собі можуть бути тією самою темною матерією. Ми не можемо побачити або вивчити ці первинні чорні діри, але їх загальна маса може означати, що вони є причиною однієї з найбільших загадок в астрофізиці – походження темної матерії.
“наше дослідження показує, що ми можемо вирішувати загадки сучасної космології без відкриття нових частинок або нових законів фізики, починаючи з природи самої темної матерії і закінчуючи походженням надмасивних чорних дір”, – зазначає ніко каппеллуті, доцент університету майамі і співавтор нового дослідження.
На додаток до роз’яснення того, як чорні діри могли б розповісти про темну матерію, дане відкриття висуває наступне припущення: “якщо більшість чорних дір утворилося відразу після великого вибуху, вони могли почати зливатися в ранньому всесвіті, утворюючи з часом все більш масивні чорні діри”.
” якщо слідувати запропонованій моделі, всесвіт була б усюди заповнена чорними дірами. Зірки почали б зароджуватися біля цих згустків “темної матерії”, формуючи зоряні системи і галактики протягом мільярдів років. Якщо перші зірки дійсно утворилися навколо первинних чорних дір, то вони з’явилися б у всесвіті набагато раніше, ніж передбачається по “класичної” моделі. Перші чорні діри могли бути тим зерном, з якого формуються інші чорні діри, включаючи і ту, що знаходиться в центрі нашої галактики чумацький шлях”, – повідомляє european space agency.
хронологія подій, що сталися після великого вибуху. Джерело: nasa / наукова група wmap
Що ми знаємо про первинні чорні діри
Перш ніж ми заглибимося в тему первинних чорних дір, ми повинні зрозуміти, як влаштовані звичайні чорні діри. Як уже згадувалося, чорні діри зоряної маси утворюються, коли масивна зірка, набагато більше і масивніше нашого сонця, завершує свій життєвий цикл. Весь газ, що залишився, вивергається в космос, утворюючи залишок наднової, але з ядром відбувається щось цікаве. Якщо припустити, що зірка була досить масивною, щоб подолати перетворення в білий карлик, нейтронну зірку або пульсар, то вона починає повністю руйнуватися, утворюючи в результаті щось, зване сингулярністю.
Сингулярність – це одна з найбільш значущих особливостей чорної діри. Існує також горизонт подій, який є точкою, в якій ніщо – навіть світло – не може вирватися з гравітаційного тяжіння чорної діри.
Це можна зрозуміти, якщо згадати про швидкість втечі – наскільки швидко має рухатися тіло, щоб уникнути гравітації іншого об’єкта. На швидкість тікання впливають дві речі-маса об’єкта і відстань до центру цього об’єкта. Чим щільніше і менше об’єкт, тим більша швидкість необхідна для досягнення швидкості тікання. Але оскільки швидкість світла є межею космічної швидкості, в цей момент вирватися буде неможливо. Будь-яка матерія, що потрапила в пастку гравітації чорної діри, але рухається зі швидкістю нижче швидкості втечі, стає обідом для чорної діри.
Сингулярність набагато складніше. Вважається, що вся матерія “знищується” або “поглинається”, як тільки вона потрапляє в сингулярність, що збільшує розмір/масу чорної діри. В даний час основна ідея сингулярності чорних дір полягає в тому, що ми не можемо отримати жодної інформації про речовину, що потрапила в чорну діру, оскільки вважається, що сингулярність є нескінченно щільною точкою або дуже близька до неї. Однак інша теорія стівена хокінга передбачає, що частина цієї інформації витікає через щось, відоме як випромінювання хокінга, і ця втрата інформації в кінцевому підсумку призводить до того, що маленькі чорні діри “випаровуються”.
Реклама
Надмасивні діри можуть утворитися при зіткненні чорних дір із зоряною масою з іншими проміжними чорними дірами. У цьому процесі вони могли б створювати так звані гравітаційні хвилі, коли їх окремі гравітації, в кінцевому підсумку, починають об’єднуватися. Однак, згідно з дослідженням, існує одна проблема.
” чорні діри різних розмірів поки залишаються загадкою. Нам невідомо, як за такий короткий проміжок часу існування всесвіту надмасивні чорні діри встигли вирости до таких величезних розмірів”, – зазначає дослідник гюнтер хаснгер.
анатомія надмасивної чорної діри. Джерело: european space agency
Так як же виникають первинні чорні діри і чи небезпечні вони?
Утворення первинних чорних дір трохи складніше, ніж утворення зоряних, проміжних або надмасивних чорних дір. Фактично, вони спростовують наші уявлення про те, як утворюються чорні діри, так як вони занадто малі – вважається, що вони всього лише в 1000 разів більше атома, – щоб утворитися з вмираючих зірок. Однак можливо, що вони утворилися через секунду після великого вибуху і збільшувалися в розмірах у міру поглинання матерії, пояснюючи тим самим загадку виникнення масивних чорних дір до того, як перші зірки стали досить великими, щоб зруйнуватися.
Розмірковуючи на тему того, наскільки мала первісна чорна діра, чи можна її виявити, чи може вона пояснити існування темної матерії, і як вона вплине на людське тіло, якщо пройде через нас, scientific american пояснює,
” первинні чорні діри не відбивають сонячне світло і їх не можна виявити до зіткнення. Вони дійсно слабо світяться в випромінюванні хокінга, але їх світність нижче, ніж у лампочки потужністю 0,1 ват при масі вище мільйонної частки маси місяця”. Чи є це причиною для занепокоєння?”.
“зокрема, якщо первинні чорні діри в допустимому діапазоні мас складають темну матерію, можна задатися питанням, чи становлять вони загрозу для нашого життя. Зустріч пчд з людським тілом означала б зіткнення невидимого залишку першої фемтосекунди після великого вибуху з розумним тілом – вершиною складної біохімії, створеної 13,8 мільярда років потому. Хоча це і являє собою незвичайну зустріч між ранньою і пізньою всесвіту, ми б собі такого не побажали”.
” притягуюча сила гравітації, яку створить пчд вищезгаданої маси, під час свого стрімкого руху стисне все наше тіло на кілька дюймів. Цей імпульс тривав би 10 мікросекунд при звичайній швидкості пчд 100 миль / с в гало темної матерії галактики чумацький шлях.
Виникає біль буде відчуватися так, як ніби крихітний пилосос з величезною силою всмоктування швидко проходить через наше тіло і стискає його м’язи, кістки, кровоносні судини і внутрішні органи. Різке деформування тіла призвело б до серйозних пошкоджень і миттєвої смерті”.
Незважаючи на те, що це звучить, не надто оптимістично, за оцінками фахівців, малоймовірно, що хтось на земліЗазнає смерть від первинної чорної діри, тому спите, спокійно знаючи що, по крайней мере, один астрофізичний об’єкт практично не має шансів вбити вас.
У найближчі дні національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору сша планує запустити один з найграндіозніших своїх проектів з вивчення всесвіту – космічний телескоп імені джеймса вебба. Телескоп вебба призначений для проведення надточних вимірювань в інфрачервоному і ультрафіолетовому спектрі хвиль випромінюваних самими далекими об’єктами у всесвіті і ймовірно допоможе розкрити таємницю утворення чорних дір.
