Μπορεί σύντομα να είμαστε σε θέση να δοκιμάσουμε μια από τις πιο αμφιλεγόμενες θεωρίες του Stephen Hawking, σύμφωνα με νέα έρευνα.
Στη δεκαετία του 1970, ο Χόκινγκ το πρότεινε αυτό σκοτεινή ύλη, η αόρατη ουσία που αποτελεί την περισσότερη ύλη στον κόσμο, μπορεί να αποτελείται από μαύρες τρύπες σχηματίστηκε στις πρώτες στιγμές του η μεγάλη έκρηξη.
Τώρα, τρεις αστρονόμοι έχουν αναπτύξει μια θεωρία που εξηγεί όχι μόνο την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, αλλά και την εμφάνιση των μεγαλύτερων μαύρων τρυπών στο σύμπαν.
«Αυτό που βρίσκω προσωπικά εξαιρετικά συναρπαστικό σε αυτή την ιδέα είναι πώς ενοποιεί κομψά τα δύο πραγματικά προκλητικά προβλήματα στα οποία εργάζομαι – αυτό της διερεύνησης της φύσης της σκοτεινής ύλης και του σχηματισμού και ανάπτυξης μαύρων οπών – και τα επιλύει με μια πτώση. Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Priyamvada Natarajan, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Yale, είπε σε δήλωση. Επιπλέον, πολλά νέα όργανα – συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb που μόλις εκτοξεύτηκε – θα μπορούσαν να παράγουν δεδομένα που απαιτούνται για να αξιολογηθεί τελικά η περίφημη ιδέα του Hawking.
Σχετίζεται με: Οι πιο μακρινές ιδέες του Stephen Hawking για τις μαύρες τρύπες
Μαύρες τρύπες από την αρχή
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί πάνω από το 80% της συνολικής ύλης στο σύμπαν, αλλά δεν αλληλεπιδρά άμεσα με το φως με κανέναν τρόπο. Απλώς επιπλέει όντας ογκώδης, επηρεάζοντας το βαρύτητα μέσα στους γαλαξίες.
Είναι δελεαστικό να πιστεύουμε ότι οι μαύρες τρύπες μπορεί να ευθύνονται για αυτό το άπιαστο πράγμα. Εξάλλου, οι μαύρες τρύπες είναι περίφημα σκοτεινές, οπότε το να γεμίσουμε έναν γαλαξία με μαύρες τρύπες θα μπορούσε θεωρητικά να εξηγήσει όλες τις παρατηρήσεις της σκοτεινής ύλης.
Δυστυχώς, στο σύγχρονο σύμπαν, οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται μόνο αφού πεθάνουν τεράστια αστέρια και στη συνέχεια καταρρέουν υπό το βάρος της δικής τους βαρύτητας. Έτσι, η δημιουργία μαύρων τρυπών απαιτεί πολλά αστέρια — κάτι που απαιτεί μια δέσμη κανονικής ύλης. Οι επιστήμονες γνωρίζουν πόση κανονική ύλη υπάρχει στο σύμπαν από τους υπολογισμούς του πρώιμου σύμπαντος, όπου η πρώτη υδρογόνο και ήλιο σχηματίστηκε. Και απλά δεν υπάρχει αρκετή κανονική ύλη για να κάνει όλη τη σκοτεινή ύλη που έχουν παρατηρήσει οι αστρονόμοι.
Γίγαντες που κοιμούνται
Εκεί μπήκε ο Χόκινγκ. Το 1971, πρότεινε ότι οι μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν στο χαοτικό περιβάλλον των πρώτων στιγμών της Μεγάλης Έκρηξης. Εκεί, οι θύλακες της ύλης μπορούσαν αυθόρμητα να φτάσουν τις πυκνότητες που απαιτούνται για τη δημιουργία μαύρων τρυπών, πλημμυρίζοντας το σύμπαν μαζί τους πολύ πριν λάμψουν τα πρώτα αστέρια. Ο Χόκινγκ πρότεινε ότι αυτές οι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες μπορεί να είναι υπεύθυνες για τη σκοτεινή ύλη. Ενώ η ιδέα ήταν ενδιαφέρουσα, οι περισσότεροι αστροφυσικοί επικεντρώθηκαν στην εύρεση ενός νέου υποατομικού σωματιδίου για να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη.
Επιπλέον, τα μοντέλα σχηματισμού αρχέγονης μαύρης τρύπας αντιμετώπισαν προβλήματα παρατήρησης. Εάν σχηματίστηκαν πάρα πολλά στο πρώιμο σύμπαν, άλλαξαν την εικόνα της ακτινοβολίας που είχε απομείνει από το πρώιμο σύμπαν, γνωστή ως κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB). Αυτό σήμαινε ότι η θεωρία λειτούργησε μόνο όταν ο αριθμός και το μέγεθος των αρχαίων μαύρων οπών ήταν αρκετά περιορισμένα, διαφορετικά θα έρχονταν σε αντίθεση με τις μετρήσεις του CMB. .
Η ιδέα αναβίωσε το 2015 όταν το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ βρήκε το πρώτο του ζευγάρι μαύρων τρυπών που συγκρούονται. Οι δύο μαύρες τρύπες ήταν πολύ μεγαλύτερες από το αναμενόμενο, και ένας τρόπος για να εξηγήσουμε τη μεγάλη μάζα τους ήταν να πούμε ότι σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν, όχι στις καρδιές των αστεριών που πεθαίνουν.
Μια απλή λύση
Στην τελευταία έρευνα, ο Natarajan, ο Nico Cappelluti στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι και ο Günther Hasinger στην Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία έκαναν μια βαθιά βουτιά στη θεωρία των αρχέγονων μαύρων τρυπών, διερευνώντας πώς θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη και πιθανώς να επιλύσουν άλλες κοσμολογικές προκλήσεις.
Για να περάσουν τις τρέχουσες δοκιμές παρατήρησης, οι αρχέγονες μαύρες τρύπες πρέπει να βρίσκονται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους μάζας. Στη νέα εργασία, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες είχαν μάζα περίπου 1,4 φορές τη μάζα του ήλιου. Κατασκεύασαν ένα μοντέλο του σύμπαντος που αντικατέστησε όλη τη σκοτεινή ύλη με αυτές τις αρκετά ελαφριές μαύρες τρύπες και στη συνέχεια αναζήτησαν παρατηρητικές ενδείξεις που θα μπορούσαν να επικυρώσουν (ή να αποκλείσουν) το μοντέλο.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στο σύμπαν σπέρνοντας τα πρώτα αστέρια, τους πρώτους γαλαξίες και τις πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs). Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα αστέρια, οι γαλαξίες και οι SMBH εμφανίζονται πολύ γρήγορα στην κοσμολογική ιστορία, ίσως πολύ γρήγορα για να ληφθούν υπόψη από τις διαδικασίες σχηματισμού και ανάπτυξης που παρατηρούμε στο σημερινό σύμπαν.
«Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες, αν υπάρχουν, θα μπορούσαν κάλλιστα να είναι οι σπόροι από τους οποίους σχηματίζονται όλες οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, συμπεριλαμβανομένης αυτής στο κέντρο του Γαλαξίας», είπε ο Ναταρατζάν.
Και η θεωρία είναι απλή και δεν απαιτεί έναν ζωολογικό κήπο νέων σωματιδίων για να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη.
«Η μελέτη μας δείχνει ότι χωρίς την εισαγωγή νέων σωματιδίων ή νέας φυσικής, μπορούμε να λύσουμε μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας από τη φύση της ίδιας της σκοτεινής ύλης έως την προέλευση των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών», είπε ο Cappelluti στη δήλωση.
Μέχρι στιγμής αυτή η ιδέα είναι μόνο ένα μοντέλο, αλλά είναι από αυτά που θα μπορούσε να δοκιμαστεί σχετικά σύντομα. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο εκτόξευσε την ημέρα των Χριστουγέννων μετά από χρόνια καθυστερήσεων, έχει σχεδιαστεί ειδικά για να απαντά σε ερωτήσεις σχετικά με την προέλευση των άστρων και των γαλαξιών. Και η επόμενη γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, ειδικά το Laser Interferometer Space Antenna (LISA), είναι έτοιμη να αποκαλύψει πολλά περισσότερα για τις μαύρες τρύπες, συμπεριλαμβανομένων των αρχέγονων αν υπάρχουν.
Μαζί, τα δύο παρατηρητήρια θα πρέπει να δώσουν στους αστρονόμους αρκετές πληροφορίες για να συνδυάσουν την ιστορία των πρώτων αστεριών και πιθανώς την προέλευση της σκοτεινής ύλης.
«Ήταν ακαταμάχητο να εξερευνήσω αυτή την ιδέα βαθιά, γνωρίζοντας ότι είχε τη δυνατότητα να επικυρωθεί αρκετά σύντομα», είπε ο Natarajan.
Δημοσιεύτηκε αρχικά στο Live Science.