Crne rupe su najčistiji dokaz da svemir nije stvoren da bude jednostavan. One su mjesta gdje gravitacija postaje sveobuhvatna sila, gdje prostor i vrijeme prestaju biti pozornica i sami postaju glumci. Na njihovoj granici, poznatoj kao horizont događaja, stvarnost se lomi, sve što prijeđe taj prag zauvijek nestaje iz našeg pogleda, pa čak i svjetlost.
Kad ih spomenemo, većina nas zamišlja ostatke masivnih zvijezda koje su, nakon što su potrošile gorivo, eksplodirale u supernovama i urušile se same u sebe. No ta slika, premda točna, pokriva tek dio priče. U dubinama kozmologije postoji teorija o crnim rupama koje su mnogo starije od zvijezda, starije od galaksija, starije gotovo od svega osim vremena samog. To su primordijalne crne rupe, prvi mogući oblici gravitacijskih kolapsa u svemiru.
Prve sekunde Velikog praska
Da bismo razumjeli njihovo moguće podrijetlo, moramo se vratiti na sam početak. U prvim sekundama nakon Velikog praska, svemir nije imao zvijezde, planete ni svjetlost. Bio je to vreli ocean čestica, zračenja i energije, gušći od svega što danas možemo zamisliti.
U tom ranom kaosu postojale su sitne nepravilnosti, džepići prostora s tek neznatno većom gustoćom. Te su mikrovarijacije bile početak svega: mjesta gdje je gravitacija bila dovoljno snažna da privuče još više materije. Tijekom milijardi godina od njih su nastale galaksije, zvijezde i planeti.
No što ako su neke od tih gustoća bile daleko veće? Neki fizičari smatraju da su u prvim trenucima svemira pojedini dijelovi prostora mogli dosegnuti kritičnu gustoću pri kojoj se tvar urušava u samu sebe. Takav kolaps stvorio bi crnu rupum ne od zvijezde, nego od čiste energije i prostora.
Ako je ta hipoteza točna, tada su se prve crne rupe pojavile unutar prve sekunde nakon Velikog praska. Nastale su iz kvantnih nepravilnosti u kozmičkom širenju, u trenutku kad je prostor još bio sirov i nestabilan. One bi bile prve gravitacijske strukture u svemiru, nastale prije ikakve zvijezde, kao izravni proizvod stvaranja samog svemira.
Od mase planine do milijuna Sunaca
Jedna od najfascinantnijih osobina primordijalnih crnih rupa je njihov mogući raspon veličina. Neke bi mogle imati masu planine, druge automobila, pa čak i mikroba. S druge strane, postoje modeli koji predviđaju i divovske verzije, teške milijunima puta više od Sunca.
One najmanje, ako su doista postojale, već su odavno nestale. Prema Stephenovu Hawkingu, crne rupe bi zbog kvantnih učinaka trebale zračiti energiju i polako gubiti masu. Taj proces, poznat kao Hawkingovo zračenje, značio bi da najmanje crne rupe ispare u nekoliko milijardi godina. Ali one veće, mase planete ili zvijezde, mogle bi preživjeti do danas, lebdeći neprimjetno kroz svemir.
Ako su preživjele, svemir bi mogao biti ispunjen nevidljivim ostacima svojega najranijeg doba. Oni ne svijetle, ne emitiraju nikakvo zračenje i ne mogu se izravno otkriti, ali njihova gravitacija može odati njihovu prisutnost.
Nevidljiva mreža svemira
Upravo zato primordijalne crne rupe privlače toliku pažnju. One bi mogle objasniti jedan od najvećih problema moderne kozmologije, tamnu tvar. Znanstvenici znaju da nešto nevidljivo čini oko 85 posto sve materije u svemiru. Galaksije se okreću brže nego što bi trebale, gravitacijske leće pokazuju dodatnu masu koju ne vidimo, a širenje svemira ne može se objasniti bez te nevidljive komponente.
Ako barem dio te mase dolazi od primordijalnih crnih rupa, tada bi one bile ključan sastojak kozmosa, ne samo relikti prošlosti nego i aktivni graditelji struktura svemira.
Kako, međutim, pronaći nešto što ne odašilje svjetlost? Astronomi su razvili metodu koja se oslanja na Einsteinovu teoriju gravitacije. Kada masivan objekt, poput crne rupe, prođe ispred neke udaljene zvijezde, njegova gravitacija privremeno zakrivljuje prostor i pojačava svjetlost te zvijezde. Taj se efekt zove mikrolećenje.
Projekti poput OGLE-a (Optical Gravitational Lensing Experiment) u Poljskoj i japanskog teleskopa Subaru već desetljećima traže takve događaje. Kad bi primordijalne crne rupe bile česte, trebali bismo uočiti velik broj tih kratkotrajnih svjetlosnih pojačanja. No rezultati pokazuju da ih ima manje nego što bi bilo potrebno da čine svu tamnu tvar. To ipak ne isključuje mogućnost da zauzimaju manji, ali značajan udio.
Odjeci iz prvih sekundi
Drugi, još uzbudljiviji tragovi dolaze iz detektora gravitacijskih valova, uređaja poput LIGO-a u SAD-u i europskog Virga. Ti su instrumenti zabilježili sudare crnih rupa masa između 20 i 30 Sunaca. Takvi su objekti neobični jer ih je teško objasniti samo kolapsom zvijezda; većina crnih rupa nastalih iz zvjezdane smrti ima manju masu.
Jedna od mogućnosti je da su te masivne crne rupe zapravo primordijalne. Ako su dvije takve preživjele milijarde godina i zatim se spojile, njihovi bi gravitacijski valovi danas stigli do nas, i to je upravo ono što LIGO i Virgo bilježe. Ako je ta pretpostavka točna, tada već sada opažamo eho događaja koji se dogodio u prvoj sekundi svemira.
Primordijalne crne rupe ne zanimaju znanstvenike samo zbog mogućnosti da su stvarne. One su i iznimno vrijedan teorijski alat. Njihovo postojanje ili izostanak može potvrditi ili srušiti brojne modele ranog svemira, od kvantnih fluktuacija do inflacijske teorije.
Ako bi ih se ikada uspjelo otkriti, njihova bi svojstva pružila uvid u uvjete koje danas ne možemo simulirati ni u najvećim akceleratorima čestica. Bile bi to prirodne laboratorijske sonde za fiziku ekstremnih energija i gustoća, razine na kojoj se možda spajaju kvantna mehanika i gravitacija.
Stephen Hawking je još 1974. predvidio da male crne rupe emitiraju zračenje i na kraju nestaju. Da takve crne rupe postoje, danas bismo mogli uočiti kratke izboje gama-zraka koji nastaju u trenutku njihova isparavanja. Takvi signali zasad nisu potvrđeni, ali svemirski teleskopi ih uporno traže.
Granice spoznaje
Svaka nova ideja o primordijalnim crnim rupama otvara nova pitanja. Ako ih ne pronađemo, možda to znači da je naše razumijevanje ranog svemira nepotpuno. Ako ih otkrijemo, otvorit će se cijelo novo poglavlje fizike, možda i prvi konkretan dokaz da kvantna gravitacija doista djeluje.
U svakom slučaju, potraga za njima pomiče granice našeg znanja. Ona spaja teoriju i opažanja, fiziku i filozofiju, pitanje porijekla i pitanje granica.
Možda ih nikada nećemo izravno vidjeti. Ali ako negdje, u beskrajnoj praznini između galaksija, i dalje postoje ti tihi svjedoci prvih sekundi postojanja, oni su dokaz da se red može roditi iz kaosa. Njihova tišina govori o svemiru koji je od samog početka bio nemiran, energičan i stvaralački.
Primordijalne crne rupe, ako ih ikad pronađemo, pokazat će da tragovi prvih trenutaka svemira nisu nestali u širenju, nego i dalje postoje, skriveni u njegovoj strukturi. Njihovo postojanje značilo bi da ono što zovemo početkom nije samo teorija, nego i stvarnost koja se još uvijek osjeća, tisućama milijardi godina kasnije.
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.
![Dana 25. studenog 2024., raketa Long March-2C uspješno je lansirana iz Satelitskog centra Jiuquan u sjeverozapadnoj Kini, noseći dva napredna satelita u orbitu. Lansiranje je izvedeno u 7:39 po pekinškom vremenu, postavljajući satelite Siwei Gaojing-2 03 i Siwei Gaojing-2 04 u njihovu predodređenu putanju. [Foto/Xinhua].](https://kozmos.hr/wp-content/uploads/2024/11/Kineski-pametni-sateliti-mijenjaju-nacin-na-koji-promatramo-Zemlju-iz-svemira.jpeg)
