Μια έκρηξη πρωτογενούς μαύρης τρύπας ενδέχεται να αλλάξει όσα κατανοούμε για το Σύμπαν
Η επιστημονική κοινότητα ενδέχεται σύντομα να γίνει μάρτυρας ενός κοσμικού φαινομένου ιστορικής σημασίας: της εκρηκτικής κατάρρευσης μιας πρωτογενούς μαύρης τρύπας. Οι πρωτογενείς μαύρες τρύπες (primordial black holes – PBHs), θεωρητικά κατάλοιπα του Big Bang που δημιουργήθηκαν λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο μετά τη γέννηση του Σύμπαντος, μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν εξαιρετικά σπάνιες. Ωστόσο, νέα έρευνα από φυσικούς στο University of Massachusetts Amherst υποστηρίζει ότι υπάρχει έως και 90% πιθανότητα να παρατηρηθεί μία τέτοια έκρηξη μέσα στην επόμενη δεκαετία, ανοίγοντας τον δρόμο για μια επαναστατική κατανόηση του Σύμπαντος.
Οι πρωτογενείς μαύρες τρύπες διαφέρουν από τις συμβατικές, οι οποίες προκύπτουν από την κατάρρευση μεγάλων άστρων. Οι PBHs είναι πολύ πυκνές αλλά ελαφρύτερες, και η θεωρία του Stephen Hawking προβλέπει ότι εκπέμπουν σωματίδια μέσω της λεγόμενης ακτινοβολίας Hawking. Καθώς η PBH εξατμίζεται, η θερμοκρασία της αυξάνεται, απελευθερώνοντας όλο και περισσότερη ενέργεια σε μια κλιμακούμενη διαδικασία μέχρι την τελική έκρηξη. Η ακτινοβολία Hawking που παράγεται σε αυτή τη διαδικασία είναι το σήμα που θα μπορέσουν να ανιχνεύσουν τα τηλεσκόπια μας.
Αν μια τέτοια έκρηξη παρατηρηθεί, θα αποτελέσει την πρώτη άμεση επιβεβαίωση της ακτινοβολίας Hawking και θα επιτρέψει τη δημιουργία ενός πλήρους καταλόγου όλων των γνωστών και υποθετικών σωματιδίων, από ηλεκτρόνια, quarks και μποζόνια Higgs έως τα σωματίδια Σκοτεινής Ύλης και άλλα εντελώς άγνωστα σωματίδια. Αυτός ο κατάλογος θα μπορούσε να δώσει απαντήσεις σε ένα από τα αρχαιότερα ερωτήματα της Ανθρωπότητας: από πού προέρχεται η ύλη στο Σύμπαν;
Οι επιστήμονες έχουν καλή κατανόηση των συμβατικών μαύρων τρυπών: όταν ένα μεγάλο αστέρι εξαντλεί τα καύσιμά του, καταρρέει σε μια υπερκαινοφανή έκρηξη και αφήνει πίσω του μια περιοχή του χωροχρόνου με τόσο ισχυρή βαρύτητα που τίποτα, ούτε το φως, δεν μπορεί να διαφύγει. Οι PBHs όμως δημιουργήθηκαν σε αρχικές συνθήκες του Σύμπαντος, δεν προέρχονται από κατάρρευση άστρου και, λόγω μικρότερης μάζας, μπορούν να θερμανθούν και να εκπέμψουν σωματίδια πολύ πιο γρήγορα.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα «dark-QED toy model», μια προσομοίωση της ηλεκτρικής δύναμης που περιλαμβάνει ένα υποθετικό βαρύτερο ηλεκτρόνιο, το οποίο ονόμασαν «σκοτεινό ηλεκτρόνιο». Με αυτόν τον τρόπο αναθεώρησαν την παραδοχή ότι οι PBHs είναι ηλεκτρικά ουδέτερες και πρότειναν ότι μια μικρή σκοτεινή ηλεκτρική φόρτιση μπορεί να σταθεροποιεί προσωρινά την PBH πριν από την τελική έκρηξη. Με βάση όλα τα διαθέσιμα δεδομένα, εκτιμούν ότι η παρατήρηση μιας PBH μπορεί να γίνει μια φορά κάθε δέκα χρόνια αντί για μία φορά κάθε 100.000 χρόνια, όπως πιστευόταν προηγουμένως.
«Δεν λέμε ότι σίγουρα θα γίνει αυτή η δεκαετία, αλλά η πιθανότητα είναι 90%», λέει ο Michael Baker, ενώ ο Joaquim Iguaz Juan προσθέτει: «Αν παρατηρήσουμε την έκρηξη, θα δούμε για πρώτη φορά άμεσα και την ακτινοβολία Hawking και μια PBH. Θα έχουμε επίσης πλήρη καταγραφή όλων των σωματιδίων που συνθέτουν το σύμπαν, κάτι που θα επαναστατήσει τη φυσική και θα ξαναγράψει την ιστορία του Σύμπαντος».
Μια τέτοια ανακάλυψη δεν θα ήταν μόνο ένα θεαματικό κοσμικό γεγονός, αλλά θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους στη μελέτη της φυσικής υψηλής ενέργειας, στην κατανόηση της αρχής του Σύμπαντος και στην ανακάλυψη ακόμη και νέων μορφών ύλης που μέχρι σήμερα ήταν εντελώς άγνωστες στους επιστήμονες. Η προετοιμασία για την παρατήρηση αυτής της έκρηξης είναι κρίσιμη, καθώς τα τηλεσκόπια που διαθέτουμε σήμερα θα μπορούσαν να καταγράψουν την εκρηκτική φάση μιας PBH.
[via]
