Evo kako će NASA tražiti primordijalne crne rupe

Znanstvenici pretpostavljaju da su manje, “primordijalne” crne rupe, s masama sličnim Zemljinoj, mogle nastati u kaotičnim trenucima ranog svemira.

---

Astronomi su identificirali crne rupe različitih masa, od nekoliko puta većih od Sunca do više milijardi. Sada znanstvenici predviđaju da bi NASA-in svemirski teleskop Nancy Grace Roman mogao otkriti novu klasu crnih rupa “male težine”, koje su dosad izbjegavale detekciju.

Nastanak crnih rupa

Danas crne rupe nastaju urušavanjem masivnih zvijezda ili spajanjem teških kozmičkih objekata. Međutim, znanstvenici pretpostavljaju da su manje, “primordijalne” crne rupe, s masama sličnim Zemljinoj, mogle nastati u kaotičnim trenucima ranog svemira. “Otkriće primordijalnih crnih rupa mase Zemlje bio bi golem korak za astronomiju i fiziku čestica jer nijedan poznat proces ne može stvoriti takve objekte,” rekao je William DeRocco, istraživač sa Sveučilišta California u Santa Cruzu, koji je vodio studiju o tome kako bi Svemirski teleskop Roman mogao otkriti te objekte. Njihovo istraživanje objavljeno je u časopisu Physical Review D. “Pronalazak takvih crnih rupa dramatično bi promijenio teorijsku fiziku.” Najmanje crne rupe danas nastaju kada masivna zvijezda ostane bez goriva. S padom nuklearne fuzije, vanjski pritisak slabi, a gravitacijska sila prevladava. Zvijezda se urušava i postaje crna rupa, ali samo ako je masa barem osam puta veća od Sunca. Manje zvijezde završavaju kao bijeli patuljci ili neutronske zvijezde.

U uvjetima ranog svemira, crne rupe mase Zemlje mogle su nastati. One imaju događajni obzor – točku bez povratka – širine desetcentne kovanice. Kako je svemir nastajao, prošao je kroz kratku, ali intenzivnu fazu inflacije, kada se prostor proširio brže od brzine svjetlosti. U tim uvjetima, gušća područja mogla su se urušiti i stvoriti niskomasne primordijalne crne rupe. Iako teorija predviđa da bi najmanje primordijalne crne rupe trebale ispariti prije sadašnje dobi svemira, one s masom sličnom Zemlji mogle su preživjeti. Otkrivanje tih malih crnih rupa bilo bi izuzetno važno za fiziku i astronomiju. “Utjecalo bi na sve, od formiranja galaksija do sastava tamne tvari u svemiru,” rekao je Kailash Sahu, astronom iz Space Telescope Science Institute u Baltimoreu, koji nije sudjelovao u studiji. “Potvrda bi zahtijevala mnogo rada i uvjeravanja, ali bi bila iznimno vrijedna.”

Primordijalne crne rupe u našoj galaksiji?

Neki dokazi već sugeriraju da bi takve crne rupe mogle postojati u našoj galaksiji. Primordijalne crne rupe bile bi ‘nevidljive’, ali iskrivljenja u prostor-vremenu mogla bi pomoći u njihovom otkrivanju. Mikroleća je efekt koji nastaje jer prisutnost mase iskrivljuje strukturu prostor-vremena. Ako se neki objekt iz naše perspektive čini blizu pozadinske zvijezde, svjetlost zvijezde prolazi kroz iskrivljen prostor-vrijeme oko tog objekta. Ako su dovoljno blizu, objekt može funkcionirati kao prirodna leća koja pojačava svjetlost pozadinske zvijezde.

Podaci iz MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) i OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) otkrili su iznenađujuće velik broj izoliranih objekata mase Zemlje. Teorije o formiranju planeta predviđaju određene mase i brojke za lutajuće planete – svjetove koji lutaju galaksijom nevezani za zvijezdu. Međutim, MOA i OGLE otkrili su više objekata mase Zemlje nego što modeli predviđaju.

“Ne možemo uvijek razlikovati crne rupe mase Zemlje od lutajućih planeta,” rekao je DeRocco. Ali znanstvenici predviđaju da će Svemirski teleskop Roman pronaći 10 puta više takvih objekata nego zemaljski teleskopi. “Roman će biti iznimno koristan u razlikovanju statističkih podataka.” DeRocco je vodio istraživanje kako bi odredio koliko lutajućih planeta treba biti u tom rasponu mase i koliko bi primordijalnih crnih rupa teleskop Roman mogao identificirati. Otkrivanje primordijalnih crnih rupa moglo bi pružiti nove informacije o ranom svemiru i potvrditi fazu inflacije. Također bi moglo objasniti mali postotak tamne tvari koja čini većinu mase svemira.

“Ovo je uzbudljiv primjer dodatnih mogućnosti s podacima koje će Roman već ionako prikupiti dok traži planete,” rekao je Sahu. “Rezultati su zanimljivi bez obzira na to pronađu li se crne rupe mase Zemlje ili ne. Povećat će naše razumijevanje svemira u svakom slučaju.