Znanost često napreduje tako što postavlja pitanja koja na prvi pogled djeluju udaljena od svakodnevice. Misaoni eksperimenti služe upravo tome: istražiti granice poznatog i otvoriti prostor za nove hipoteze, čak i kada ne znamo postoje li objekti o kojima govorimo. Primordijalne crne rupe spadaju u tu kategoriju. Ne znamo jesu li nastale u prvim trenucima svemira, no fizika dopušta njihovo postojanje pa se prirodno nameće pitanje što bi se dogodilo kada bi jedan takav objekt naišao na čovjeka.
Zanimljivo je koliko je javnost spremna prihvatiti ovakve teorijske scenarije. Rasprava o primordijalnim crnim rupama, premda je riječ o daleko manje potvrđenom konceptu nego što je to izvanzemaljski život, prolazi bez gotovo ikakvih kontroverzi.
No kada drugi istraživači, primjerice profesor Avi Loeb s Harvarda, predlože da bi skupina neobičnih pojava oko međuzvjezdanog objekta 3I/ATLAS mogla upućivati na nešto više od običnog kometa, reakcije odjednom postanu žestoke. Ovaj rad zato podsjeća na temeljnu znanstvenu vrlinu: postavljanje pitanja “što ako” nije znak senzacionalizma, nego način na koji se znanost uopće probija prema naprijed.
U tom okviru, upravo jedno takvo pitanje dovelo je do novog rada koji pokušava izračunati minimalnu masu primordijalne crne rupe koja bi u prolasku mogla ozbiljno ozlijediti čovjeka. Rezultat, premda teoretski, mogao bi pomoći u potrazi za tamnom tvari, za koju danas smatramo da čini oko 27 posto svemira.
Crne rupe iz ranog svemira
Crne rupe u današnjem kozmičkom dobu nastaju gravitacijskim kolapsom vrlo masivnih zvijezda, obično onih teških barem 20 masa Sunca. Takvi “stelarni” objekti već po definiciji ne mogu proći kroz ljudsko tijelo. No, kako objašnjava IFLScience, postoji druga kategorija. Primordijalne crne rupe hipotetski su se mogle formirati u prvim trenucima nakon Velikog praska, kada je tvar bila zbijena mnogo gušće nego u ijednom kasnijem razdoblju.
Kako objašnjava NASA, tadašnji “džepovi” posebno vruće i guste tvari mogli su se srušiti u crne rupe različitih masa, od 100 tisuća puta manje od spajalice do 100 tisuća puta veće od Sunca. Širenjem i hlađenjem svemira uvjeti za takvo nastajanje više nisu postojali, ali ako su te crne rupe ikada nastale, neke bi i danas mogle lutati galaksijom. Postoje čak i procjene da bi one sitnije od atoma mogle svakodnevno prolaziti kroz Zemlju bez posljedica, dok bi veće mogle nailaziti svakih tisuću godina. Do danas nije potvrđena nijedna, iako je nedavno prijavljen mogući kandidat u obliku gravitacijskog signala nazvanog S251112cm.
Znanstveni interes ostaje velik, a posebno zato što bi primordijalne crne rupe u određenim masenim rasponima mogle objasniti tamnu tvar.
Koliko mala rupa može biti, a da nas ozbiljno ozlijedi?
Novi rad inspiriran je idejom makroskopske tamne tvari (MACROS), hipotetskih objekata koji po veličini mogu varirati od zrnca do asteroida. Ranija je studija pokazala da bi prolazak takvog objekta kroz ljudsko tijelo izazvao razaranje toliko veliko da bi već sama činjenica da takve udare nikada ne vidimo postavljala granice njihovoj mogućoj masi i učestalosti. Profesor fizike Robert J. Scherrer sa Sveučilišta Vanderbilt zato je odlučio primijeniti isti pristup na primordijalne crne rupe.
Scherrer podsjeća da se zanimanje za crne rupe posljednjih godina ponovno pojačalo zahvaljujući detekcijama gravitacijskih valova i novim snimkama njihovih horizonata događaja. Prisjetio se i znanstvenofantastične priče iz sedamdesetih u kojoj lik umire nakon što mu kroz tijelo prođe crna rupa, pa ga je zanimalo može li se takav scenarij fizički uopće dogoditi.
Prema Scherrerovim proračunima, susret s primordijalnom crnom rupom mogao bi oštetiti ljudsko tijelo na dva načina. Na svom putu kroz tkivo takav bi objekt stvorio nadzvučni udarni val koji bi fizički razorio sve što se nalazi uz njegovu putanju. Uz to bi djelovale i plimne sile, razlike u gravitacijskoj jačini između dviju vrlo bliskih točaka u tijelu, koje mogu rastegnuti i rastrgnuti stanice.
Scherrer je izračunao da bi masa potrebna za stvaranje ozljeda usporedivih s metkom iznosila oko 1.4 × 10^17 grama, što odgovara masi manjeg asteroida. Kada je pokušao procijeniti kolika bi masa bila potrebna da plimne sile počnu kidati moždane stanice, dobio je znatno veći raspon, od 7 × 10^18 do 7 × 10^19 grama. Drugim riječima, udarni val bio bi razorniji od plimnog djelovanja.
Možemo li takvim scenarijem suziti potragu za tamnom tvari?
Zanimljivo je da se masa pri kojoj bi prolazak primordijalne crne rupe postao smrtonosan nalazi vrlo blizu donje granice masenog raspona u kojem takvi objekti uopće mogu činiti tamnu tvar. Upravo zato činjenica da takve događaje nikada ne opažamo može poslužiti kao dodatno ograničenje njihove brojnosti, slično kao što je pokazano i u slučaju MACROS-a.
Sama matematika, međutim, uklanja svaki dramatični prizvuk. Kada bi se pretpostavilo da je sva tamna tvar građena od primordijalnih crnih rupa dovoljno masivnih da ozlijede čovjeka, prosječna učestalost takvog susreta iznosila bi oko 10^(-18) godišnje. To je broj toliko malen da u praksi znači isto što i nula.
Scherrer zaključuje da su primordijalne crne rupe teoretski moguće, ali možda uopće ne postoje. Dovoljno velika rupa prošla bi kroz čovjeka kao projektil i izazvala smrtonosne ozljede. Mnogo manja ne bi ostavila nikakav trag. No čak i ako postoje, njihova je gustoća u svemiru toliko niska da je stvarni susret s čovjekom iznimno malo vjerojatan.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
