5 Minutės
Pirminės juodosios skylės (kartais vadinamos pradine juodąja skyle) yra hipotetinė juodųjų skylių klasė, kuri, manytina, galėjo susiformuoti labai ankstyvame Visatos etape, iš karto po Didžiojo sprogimo. Populiarioje vaizduotėje jos kartais vaizduojamos kaip labai mažos, bet greitos kosminės „kulkos“, galinčios pramušti bet ką savo kelyje — tačiau koks realus yra pavojus, kad viena iš jų trenkta į žmogų arba praeitų pro Žemę? Trumpas atsakymas: tai praktiškai nerealu. Šioje analizėje aptariame pirminių juodųjų skylių kilmę, masių diapazoną, galimus poveikius ir kodėl tikimybės yra itin mažos, atsižvelgiant į stebimus kosminius apribojimus ir teorinius modelius.
Ką reiškia pirminės juodosios skylės ir kodėl mokslininkai jas nagrinėja
Pirminės juodosios skylės būtų susiformavusios ne iš žvaigždžių kolapso, o dėl labai stiprių tankio svyravimų per pirmąsias sekundės dalis po Didžiojo sprogimo. Šio proceso metu kvantinės ar kosmologinės svyravimai galėjo sukelti regionus, kuriuose vietinė masė ir tankis viršijo kritinį slenkstį, dėl ko susiformavo juodoji skylė be žvaigždžių evoliucijos stadijos. Jei tokios struktūros egzistuoja, jų masių spektras gali būti labai platus: nuo mikroskopinių dydžių (t. y. tokių, kuriuos labiau apibūdintume per jų masės ekvivalentą ir kuriems reikšmę turi Hawkingo spinduliuotė) iki asteroidų dydžio ar net didesnių masių vienetų. Šis masės diapazonas lemia jų dinamiką, gyvenimo trukmę ir galimą pavojų: mažesnės pirminės juodosios skylės greičiausiai išgaruotų per Hawkingo spinduliuotės mechanizmą per kosmologinį laiką, o masyvesnės — galėtų išlikti iki šiandien.
Dydis svarbu: artimo susidūrimo paaiškinimas
Didelė pirminė juodoji skylė — pavyzdžiui, masės dydžio, palyginamo su asteroidu ar didesnio — teoriškai galėtų sukelti katastrofišką poveikį, jei ji praeitų per žmogų, pastatą ar net miestą. Tokių objektų gravitacija šalia jų horizonto būtų labai intensyvi, todėl artimas praėjimas sukeltų stiprius potvyninius (tidal) gradientus, medžiagos ir dujų akreciją bei kinetinę sąveiką, kuri išoriškai galėtų priminti labai aukštos energijos smūgį. Tokį įvykį galima analizuoti taikant bendrąją reliatyvumo teoriją ir skaitmeninius modelius: skaitmeniniai simuliacijos rezultatai rodo, kad santykinai masyvi pirminė juodoji skylė, prasilenkusi per atmosfere esančią masę ar žmogaus kūną, sukeltų vietinį audinį ar struktūrą skaudančiai išplėštą, garinimą arba stiprų radiacinį ir mechaninį poveikį. Vis dėlto reikia atkreipti dėmesį, kad tokių masyvių pirminių juodųjų skylių kosminė koncentracija ir paplitimas yra griežtai ribojami stebėjimais: jei tokių objektų būtų daug, mes matytume akivaizdžius pėdsakus jų poveikyje per mikročiaudėjimo (microlensing) stebėjimus, galimų bangavimų įtaką aplinkinių žvaigždžių orbitoms arba kitus elektromagnetinius ir gravitacinius signalus.
Mažosios dažniausiai yra nekenksmingos (ir retos)
Priešingai, gerokai mažesnė pirminė juodoji skylė — tokia, kurios skersmuo būtų mikroskopinis ir masė labai maža — teoriškai galėtų praeiti per žmogaus kūną nepastebimai: gravitaciniai gradientai ir sąveikos mastai tokiu atstumu būtų pernelyg maži, kad sukeltų apčiuopiamą audinių pertvarkymą. Tačiau čia svarbiausias aspektas yra ne tik jų mikroskopiškumas, bet ir numatoma tokių objektų erdvinė tankis. Remiantis įvairiais astronominiais apribojimais — įskaitant galaktinę dinamiką, kosminio mikrolęšinio lenkimo (microlensing) kampanijas, gravitacinių bangų detektorių rezultatus ir foninio mikrobanginio spinduliavimo (CMB) duomenis — jų pavieniai skaičiai erdvėje, jei iš viso egzistuoja, turi būti itin reti. Tokie apribojimai reiškia, kad tikimybė, jog žmogus per savo gyvenimą susidurs su pirminės juodosios skylės praėjimu, yra praktiškai nulis, todėl iš praktinės rizikos vertinimo perspektyvos šios galimos sąveikos nėra laikomos reikšminga grėsme žmonijai.
Kodėl Visatos laiko mastas keičia perspektyvą
Net jei pirminės juodosios skylės susiformavo ankstyvoje Visatoje, tikimybė, kad viena tokia skylė per mūsų civilizacijos egzistavimo laikotarpį susidurtų su žmogaus trajektorija, yra beveik nulinė. Kosmologiniu mastu scenarijai, kuriuose tokie įvykiai įvyksta, yra įmanomi, tačiau žmogaus civilizacijos trukmė sudaro tik menką dalį Visatos istorijos — ne daugiau nei akimirką didesniame laike. Be to, daug teorinių modelių ir stebimųjų apribojimų (pvz., mikrolęšinio lenkimo kampanijos, kurios ieško momentinių šviesos intensyvumo padidėjimų žvaigždžių fone) leidžia daugumą masių intervalų atmesti arba labai sutrumpinti tikėtiną jų tankį. Astrofizikas Scherrer ir kiti tyrėjai pažymi: nors pirminės juodosios skylės yra teorinis sprendinys ir gali būti matematiškai suderinamos su tam tikrais ankstyvos Visatos modeliais, realus jų egzistavimas reikšmingais kiekiais šiandien yra mažai tikėtinas. Be to, papildomi fizikiniai procesai — pavyzdžiui, Hawkingo spinduliuotė — riboja mažesnių juodųjų skylių išlikimą, o didesnių aptikimas turėtų palikti pastebimas žymes kosminiuose duomenyse, kurių iki šiol neaptikta aiškiai susijusių su šia idėja.
Pagrindinės išvados ir ko skaitytojai turėtų imtis
- Pirminės juodosios skylės yra teorinis, bet moksliniu požiūriu rimtas hipotezės objektas: jos gali paaiškinti kai kurias kosmologines problemas, pavyzdžiui, tam tikrą tamsiosios materijos frakciją, tačiau jų egzistavimo patvirtinimui reikia daugiau stebėjimų ir apribojimų.
- Jei egzistuotų didelės masės pirminės juodosios skylės, tiesioginis sąlytis galėtų būti mirtinas ar labai destruktyvus; tačiau tokios juodosios skylės, jei būtų gausios, turėtų palikti matomas pasekmes stebimuosiuose kosminiuose duomenyse.
- Mažos pirminės juodosios skylės, nors teoriškai galėtų praeiti pro materialius objektus nepastebėti, yra labai retos pagal dabartinius stebėjimus ir ribojimus; dėl to tikimybė, jog žmogus susidurtų su tokia juodąja skyle, yra praktiškai nereikšminga.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą