4 Minuten
Nauja teorinė analizė, atlikta Masačusetso universiteto Amhersto (University of Massachusetts Amherst) tyrėjų, rodo, kad yra maždaug 90 % tikimybė — astronomai pamatys juodosios skylės sprogimą per artimiausią dešimtmetį. Straipsnyje siūloma, kad tokie pliūpsniai būtų pirminių juodųjų skylių (PBŠ) — hipotetinių, asteroidų masės liekanų, susidariusių pačiuose Didžiojo sprogimo pradžios momentuose — galutinis, smarkus išgarinimas. Tokio įvykio aptikimas suteiktų tiesioginį įrodymą Hokingo spinduliavimui, patvirtintų mažų juodųjų skylių populiaciją ir pateiktų neįprastą Visatos dalelių pavyzdį, įskaitant tamsiosios materijos kandidatus ir galbūt dar nežinomas dalelių rūšis.
Mokslinis fonas: Hokingo spinduliavimas ir pirminės juodosios skylės
Idėja, kad juodosios skylės gali išspinduliuoti dalelių, pirmąkart buvo pristatyta Stepheno Hawkingo 1974 m. Remiantis kvantinės lauko teorija kreivėje erdvėlaikyje, juodosios skylės turėtų skleisti materiją ir energiją — procesą, dabar vadinamą Hokingo spinduliavimu. Didelių juodųjų skylių emisija yra praktiškai nepastebimai silpna, tačiau labai mažoms juodosioms skylėms spinduliavimas stiprėja masėms mažėjant, sukeldamas spartėjančią evaporaciją, kuri gali baigtis staigiu sprogimu.
Pirminės juodosios skylės yra atskira teorinė klasė: vietoje susidarymo iš žvaigždžių kolapso jos būtų kondensavęsi iš stiprių tankio svyravimų Visatos pirmuosiuose sekundžių dalyse. Jų numatoma masė gerokai mažesnė už žvaigždžių juodųjų skylių — artima asteroidų, o ne saulių masei — todėl jų gyvavimo trukmė trumpesnė ir galutinis išgarinimas šiandien gali būti stebimas.
Modelio patikslinimai ir numatomas sprogimų dažnis
Amhersto komanda peržiūrėjo ankstesnes prognozes, kurios rodė aptinkamų PBŠ sprogimų vidurkį apie kas ~100 000 metų. Įtraukdami įmanomus Standartinio modelio išplėtimus ir nagrinėdami alternatyvias įkrovos būsenas PBŠ, jie rado scenarijus, kuriuose stebimi sprogimai vyksta gerokai dažniau — maždaug kartą per dešimtmetį, naudojant esamus gama spindulių teleskopus.
Svarbus pakeitimas keliuose jų modeliuose yra sunkesnės, hipotetinės įkrautos dalelės įtraukimas, kartais vadinamos „tamsiuoju elektronu“. Jei tokios dalelės egzistuoja ir jas gali sugaudyti PBŠ, jos galėtų suteikti juodajai skylėi egzotišką elektrinį krūvį. Tas krūvis keičia evaporacijos dinamiką: Hokingo emisija gali būti slopinama arba atidėta, kol PBŠ išlaiko krūvį, taip laikinai stabilizuojant objektą. Kai stabilizacija baigiasi, evaporacija atsinaujina bėgimo režimu ir baigiasiaiskriu pliūpsniu, kurį būtų galima aptikti aukštos energijos observatorijose.
Mechanizmas ir stebėjimo galimybės
Kuo karštesnė juodoji skylė tampa, tuo daugiau ir aukštesnės energijos dalelių ji gali išspinduliuoti. Galutinio sprogimo spektre turėtų atsispindėti visi pagrindinių dalelių tipai, leidžiami tuo energijos lygiu taikomuose dalelių fizikos modeliuose. Tai reiškia, kad spektre būtų ne tik gerai pažįstamos dalelės, tokios kaip elektronai, protonai ir neutrinai, bet ir sunkesnės ar silpnai sąveikaujančios rūšys — įskaitant galimus tamsiosios materijos kandidatus — ir galimas visiškai naujas daleles.
Pagal tyrėjų modelius, esami gama spindulių instrumentai galėtų aptikti tokį įvykį maždaug kas dešimtmetį. Patvirtintas aptikimas vienu metu patvirtintų PBŠ kaip astrofizinę populiaciją ir suteiktų pirmą tiesioginį Hokingo spinduliavimo stebėjimo įrodymą.
Poveikis astrofizikai ir dalelių fizikai
Pirminės juodosios skylės sprogimo stebėjimas būtų transformuojantis. Jis suteiktų tiesioginę laboratoriją aukštos energijos dalelių gamybai regione, nepasiekiamame žemės paviršiaus akceleratoriams, apribotų ankstyvosios Visatos kosmologijos modelius ir padėtų susiaurinti tamsiosios materijos savybes. Be to, aptiktas pliūpsnis leistų išmatuoti išspinduliuotų dalelių spektrą, padedantį patikrinti Standartinio modelio išplėtimus, prognozuojančius sunkius įkrautus būvius arba naujas sąveikas.
Tyrimas pabrėžia, kad net ir neaptikimai per artimiausią dešimtmetį būtų informatyvūs: jie keltų griežtus apribojimus PBŠ gausai ir bet kokių hipotezuojamų įkrautų tamsiojo sektoriaus dalelių savybėms.
Eksperto komentaras
Dr. Elena Ruiz, vyresnioji astrofizikė ir gama spindulių instrumentų specialistė, komentuoja: 'Pirminės juodosios skylės sprogimo stebėjimo perspektyva yra įdomi, nes ji sujungia kosmologiją, kvantinę teoriją ir aukštos energijos astrofiziką. Gama spindulių observatorijos ir dalelių detektoriai dabar yra gerokai pajėgesni — koordinuotos paieškos ir greitas sekimas padidintų mokslo naudą, jei pasirodytų kandidatinis pliūpsnis.'
Išvada
Jei Amhersto komandos pakeisti modeliai yra teisingi, artėjantis dešimtmetis gali atnešti pirmą tiesioginį pirminių juodųjų skylių galutinio išgarinimo stebėjimą. Toks aptikimas patvirtintų Hokingo prognozę, užfiksuotų naują ankstyvosios Visatos juodųjų skylių populiaciją ir atvertų langą į visą natūralios dalelių įvairovės turinį — nuo gerai žinomų Standartinio modelio dalelių iki tamsiosios materijos kandidatų ir galbūt netikėtų rūšių. Tiek aptikimas, tiek stiprus neigiamas rezultatas reikšmingai patikslintų mūsų supratimą apie kosmologiją ir fundamentaliąją dalelių fiziką.
Quelle: sciencealert
Kommentar hinterlassen