5 Minutės
Nauja teorinė analizė, parengta Masačusetso universitetų Amherst skyriuje, rodo, kad maždaug 90% tikimybė — astronomai per artimiausią dešimtmetį pastebės juodosios skylės sprogimą. Straipsnyje teigiama, kad tokie pliūpsniai būtų pirminių juodųjų skylių (PBŠ) — hipotetinių, asteroido masės likučių, susiformavusių pačiuose Didžiojo sprogimo pradžios momentuose — paskutinė smarki išgaravimo fazė. Tokio įvykio užfiksavimas suteiktų tiesioginį įrodymą apie Hawkingo spinduliuotę, patvirtintų mažų juodųjų skylių populiaciją ir pateiktų beprecedentę visatos dalelių imtį, įskaitant tamsiosios materijos kandidatus ir galimai nežinomas dalelių rūšis.
Mokslinis kontekstas: Hawkingo spinduliuotė ir pirminės juodosios skylės
Idėja, kad juodosios skylės gali išskirti daleles, pirmą kartą pasiūlė Stephen Hawking 1974 m. Pagal kvantinės lauko teoriją iškreiptoje erdvėje-laike, juodosios skylės turėtų spinduliuoti materiją ir energiją — procesą, dabar žinomą kaip Hawkingo spinduliuotė. Didelėms juodosioms skylėms ši emisija yra itin lėta, tačiau labai mažoms juodosioms skylėms spinduliavimas intensyvėja masės mažėjant, sukeldamas spartėjantį išgaravimą, kuris baigiasi staigiu pliūpsniu.
Pirminės juodosios skylės yra atskira teorinė klasė: vietoje susidarymo iš žvaigždžių žlugimo, jos būtų kondensavusios iš itin didelių tankio svyravimų Visatos pirmųjų sekundžių dalyse. Jų numatomos masės yra gerokai mažesnės už žvaigždžių juodųjų skylių — primenančios asteroido, o ne saulės masę — todėl jų gyvavimo trukmė yra trumpesnė, o galutinis išgaravimas šiandien gali būti stebimas.
Modelių patikslinimai ir prognozuojamas sprogimų dažnis
UMass Amherst komanda peržiūrėjo ankstesnes įvertes, kurios nurodė, kad aptinkami PBŠ sprogimai pasitaikytų vidutiniškai kas ~100 000 metų. Pridėję įtikinamas Standartinio modelio išplėtimo galimybes ir išnagrinėję alternatyvius PBŠ krūvių būsenas, jie rado scenarijus, kuriais stebimi sprogimai įvyksta gerokai dažniau — maždaug kartą per dešimtmetį, pagal dabartinių gama spindulių teleskopų stebėjimo ribas.
Vienas svarbus pakeitimas keliuose jų simuliacijų rinkiniuose yra sunkesnės, hipotetinės krūvinės dalelės, kartais vadinamos „tamsiuoju elektronu“, įtraukimas. Jei tokios dalelės egzistuotų ir galėtų būti pagautos PBŠ, jos galėtų suteikti juodajai skylei egzotišką elektrinį krūvį. Tas krūvis keičia išgaravimo dinamiką: Hawkingo emisija gali būti slopinama arba atidėta, kol PBŠ išlaiko šį krūvį, sukuriant laikino stabilizavimosi fazę. Kai stabilizacija baigiasi, išgaravimas atsinaujina bevalde maniera, žadinant galutinį sprogimą, kurį būtų galima aptikti aukštos energijos observatorijose.
Mechanizmas ir stebimumas
Kuo juodoji skylė karštesnė, tuo daugiau ir aukštesnės energijos dalelių rūšių ji gali išspinduliuoti. Galutiniame sprogime spektrą turėtų sudaryti visos fundamentalių dalelių rūšys, leidžiamos tame energijų diapazone taikomo dalelių fizikos modelio. Tai reiškia ne tik mums pažįstamas daleles, tokias kaip elektronai, protonai ir neutrinos, bet ir sunkesnes ar silpnai sąveikaujančias rūšis — įskaitant galimus tamsiosios materijos kandidatus — ir potencialiai visiškai naujas daleles.
Pagal tyrėjų modelius esami gama spindulių instrumentai galėtų užfiksuoti tokį įvykį maždaug kartą per dešimtmetį. Patvirtintas aptikimas vienu metu patvirtintų PBŠ kaip astrofizinę populiaciją ir suteiktų pirmąjį tiesioginį stebimą įrodymą apie Hawkingo spinduliuotę.
Padariniai astrofizikai ir dalelių fizikai
Pastebėjus PBŠ sprogimą tai būtų itin reikšminga. Tai suteiktų tiesioginę laboratoriją aukštos energijos dalelių gamybai režimu, kurio nepasiekia Žemės akceleratoriai, apribotų ankstyvosios Visatos kosmologijos modelius ir padėtų susiaurinti tamsiosios materijos savybes. Be to, aptiktas pliūpsnis leistų išmatuoti išspinduliuotų dalelių spektrą, padedant patikrinti Standartinio modelio papildinius, prognozuojančius sunkius krūvinius būvius ar naujas sąveikas.
Tyrimas pabrėžia, kad net ir nepastebėjimai per artimiausią dešimtmetį būtų vertingi: jie leistų nustatyti griežtas ribas PBŠ gausai ir bet kokių hipotezuojamų krūvinių tamsiojo sektoriaus dalelių savybėms.
Eksperto komentaras
Dr. Elena Ruiz, vyresnioji astrofizikė ir gama spindulių instrumentacijos specialistė, komentuoja: 'PBŠ sprogimo stebėjimo perspektyva yra jaudinanti, nes ji sujungia kosmologiją, kvantinę teoriją ir aukštos energijos astrofiziką. Gama spindulių observatorijos ir dalelių detektoriai yra geresni nei bet kada — koordinuotos paieškos ir greitas tolesnis stebėjimas maksimaliai padidintų mokslinę naudą, jei pasirodytų kandidatas pliūpsnis.'
Išvados
Jeigu UMass Amherst komandos pakeisti modeliai yra teisingi, artėjantis dešimtmetis gali atnešti pirmąjį tiesioginį pirminės juodosios skylės galutinio išgaravimo stebėjimą. Toks aptikimas patvirtintų Hawkingo prognozę, nustatytų naują ankstyvosios Visatos juodųjų skylių populiaciją ir atvertų langą į visos gamtos dalelių sudėtį — nuo 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 fundamentinę dalelių fiziką.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai