Якщо мікроскопічні чорні діри, народжені за долі секунди після Великого вибуху, існують, як підозрюють деякі дослідники, то принаймні одна така чорна діра з них може пролітати крізь Сонячну систему за десятиліття, створюючи крихітні гравітаційні викривлення, які вчені можуть виявити, як показало нове дослідження.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Ці висновки свідчать про те, що якщо астрономи зможуть виявити і підтвердити існування таких гравітаційних збурень, вони, можливо, зможуть розгадати таємницю природи темної матерії – невидимого матеріалу, який, як підозрюють багато дослідників, становить близько п’яти шостих всієї матерії в космосі.
Багато дослідників припускають, що темна матерія може складатися з невідомих частинок, але жоден експеримент на сьогодні не виявив нових частинок, які могли б бути темною матерією. Отже, однією з альтернатив, яку вчені досліджують для пояснення темної матерії, є так звані “первісні” чорні діри – ті, що існують з давніх-давен.
Попередні дослідження показують, що близько 86% матерії у Всесвіті складається з невидимої речовини, яка називається темною матерією. Вчені роблять висновок про існування темної матерії з її гравітаційного впливу на повсякденну матерію та світло, але наразі залишається невизначеним, з чого вона може складатися.
Чорні діри отримали свою назву від величезного гравітаційного тяжіння, яке є настільки потужним, що навіть світло не може вирватися з них. Якщо чорна діра не видає свого існування – наприклад, не розриває зірку – вона може залишитися непоміченою на тлі чорного космосу.
Протягом десятиліть астрономи виявили багато чорних дір, від чорних дір зоряної маси, що зазвичай у п’ять-десять разів перевищує масу Сонця, до надмасивних чорних дір розміром у мільярди сонячних мас. На відміну від них, у новому дослідженні розглядаються первинні чорні діри, які, згідно з попередніми дослідженнями, можуть мати масу типового астероїда.
«Чорні діри, які ми розглядаємо в нашій роботі, щонайменше в 10 млрд разів легші за Сонце і ледь перевищують за розміром атом водню», – розповіла Space.com співавтор дослідження Сара Геллер, фізик-теоретик з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі.
Чорні діри виникають, коли об’єкт настільки щільний, що руйнується під дією власної гравітації. Попередні дослідження припускають, що незабаром після Великого вибуху, до того, як Всесвіт значно розширився в розмірах, випадкові флуктуації густини матерії в новонародженому космосі призвели до того, що деякі згустки стали достатньо щільними, щоб утворити чорні діри.
Попередні дослідження припускали, що первісні чорні діри, які збереглися до наших днів, могли складати більшу частину або всю темну матерію. На основі цієї роботи в новому дослідженні вивчається, як часто первинні чорні діри могли пролітати через Сонячну систему, і чи могли вони спричиняти ефекти, які вчені могли б виявити на видимих об’єктах. «Якщо існує багато чорних дір, то деякі з них, безсумнівно, час від часу пролітають через наш двір», – сказала Геллер.
Спочатку дослідники «думали про те, що може статися, якщо чорна діра проб’є земну кору, або пройде крізь нашу атмосферу, або залишить кратер на Місяці», – сказала Геллер. «Ми навіть запитували себе, що станеться, якщо одна з цих крихітних чорних дір влучить у людину». Однак «кожна з цих ідей наштовхнулася на одну і ту ж проблему», – пояснила Геллер. «Людина, Місяць або навіть Земля – це дуже маленькі мішені в безмежному космосі, і шанси на те, що чорна діра коли-небудь влучить в них безпосередньо, мізерно малі».
Натомість «нам потрібна була система, достатньо велика, щоб чорні діри регулярно пролітали повз неї, але достатньо точно виміряна, щоб ми могли побачити якийсь ефект», – сказала Геллер. «Саме тоді ми почали думати про дуже точно виміряні орбіти об’єктів Сонячної системи». В принципі, гравітаційне тяжіння первісної чорної діри «могло б спричинити коливання орбіт об’єктів Сонячної системи, які були б достатньо великими, щоб ми могли їх виміряти».
Вчені зосередилися на первинних чорних дірах, що пролітають поблизу внутрішніх планет Сонячної системи – Меркурія, Венери, Землі та Марса. Вони виявили, що якщо первинні чорні діри існують, то їх може бути достатньо, щоб принаймні одна з них пролітала повз внутрішні світи раз на десятиліття. Вони додали, що кілька прольотів могли вже відбутися, оскільки з’явилися технології, здатні виявляти такі збурення.
Геллер застерегла, що «ми не робимо жодного з наступних тверджень – що первісні чорні діри точно існують, що вони складають більшу частину або всю темну матерію; або що вони точно знаходяться тут, у нашій Сонячній системі». Замість цього вони кажуть, що якщо первинні чорні діри існують і складають більшу частину темної матерії, «то людина повинна подорожувати через внутрішню Сонячну систему кожні 1 – 10 років».
Вчені також зазначили, що їхні висновки ґрунтуються на відносно простих комп’ютерних симуляціях, які не мають тієї точності, яка необхідна для аналізу реальних даних про внутрішні орбіти Сонячної системи.
«Щоб зробити остаточні висновки, нам потрібно працювати з колегами, які спеціалізуються на моделюванні Сонячної системи за допомогою набагато складніших обчислювальних методів», – розповів Space.com співавтор дослідження Бенджамін Леманн, фізик-теоретик з Массачусетського технологічного інституту (MIT). Він додав, що їм також потрібно точно визначити, як з’ясувати, що може бути справжнім сигналом первісної чорної діри, а що може просто потрапити в діапазон похибки, очікуваної від будь-якого вимірювання.
Зараз вчені обговорюють можливість співпраці з групою моделювання Сонячної системи в Паризькій обсерваторії для аналізу наявних орбітальних даних. «Вони є одними з провідних експертів у галузі складних методів моделювання, які знадобляться для того, щоб зробити цей аналіз реальністю», – сказав Леманн. «Як тільки ми розробимо повну модель, яку можна буде використовувати для пошуку в реальних даних, ми повинні будемо дослідити, які подальші спостереження будуть найбільш підходящими для будь-якого сигналу, який ми можемо зареєструвати».
Цей підхід пошуку первинних чорних дір через їхні гравітаційні ефекти «не є повністю достатнім для того, щоб відрізнити первинну чорну діру від якогось іншого незвичайного об’єкта зі схожою масою», – застерігає Геллер. Якщо ця стратегія дійсно виявить потенційну первинну чорну діру, «ми зможемо запустити подальші спостереження, щоб виключити інші можливості. Астрономи насправді напрочуд добре знаходять навіть набагато легші об’єкти в нашій Сонячній системі, такі як невеликі астероїди, тоді як пряме спостереження невеликої чорної діри за допомогою телескопа, швидше за все, взагалі нічого не покаже».
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: