Najwcześniejsze czarne dziury, powstałe w chaotycznych momentach po Wielkim Wybuchu, mogły nie zniknąć, jak wcześniej sądzono. Niedawne badania podważają długo utrzymywane założenie, że pierwotne czarne dziury – pierwsze czarne dziury we Wszechświecie – nieuchronnie zapadają się i wyparowują pod wpływem promieniowania Hawkinga. Zamiast tego badanie sugeruje, że niektóre z tych starożytnych obiektów mogły rosnąć poprzez absorpcję promieniowania z wczesnego Wszechświata i mogły przetrwać do dziś jako składnik ciemnej materii.
Model standardowy a nowe dane
Przez dziesięciolecia naukowcy byli zgodni co do tego, że mniejsze pierwotne czarne dziury będą stopniowo tracić masę pod wpływem promieniowania Hawkinga i ostatecznie znikną. W ramach ogólnej teorii względności los ten uznawano za nieunikniony. Jednak nowe badanie opublikowane w styczniu na arXiv wprowadza czynnik krytyczny: ekstremalne promieniowanie cieplne obecne we wczesnym Wszechświecie. W artykule stwierdzono, że jeśli „efektywność zapadania się” pierwotnej czarnej dziury przekroczy pewien próg, nie tylko nie wyparuje, ale także aktywnie pochłania otaczające ją fotony, zwiększając swoją masę.
Nie jest to jedynie modyfikacja istniejącej teorii. Wczesny Wszechświat był niezwykle gęstym i gorącym środowiskiem wypełnionym promieniowaniem wysokoenergetycznym. Gdyby pierwotne czarne dziury mogły skutecznie absorbować to promieniowanie, ich współczynnik przeżycia byłby znacznie wyższy, niż wcześniej sądzono. Podważa to naszą wiedzę na temat ich cyklu życia i dramatycznie rozszerza możliwy zakres mas, które mogłyby nadal istnieć dzisiaj.
Implikacje dla ciemnej materii
Implikacje są ogromne, szczególnie w przypadku poszukiwań ciemnej materii – tajemniczej substancji stanowiącej około 85% masy Wszechświata. Jeśli pierwotne czarne dziury będą mogły rosnąć i przetrwać, mogą stanowić znaczną część ciemnej materii. Badanie wyjaśnia, że akceptowalny zakres mas tych czarnych dziur, które mogą pełnić rolę kandydatów na ciemną materię, dramatycznie wzrasta w zależności od ich efektywności absorpcji.
- Przy efektywności absorpcji wynoszącej 0,3 zakres realnej masy rozszerza się z 10^16 gramów do 10^21 gramów.
- Przy wydajności 0,39 zakres zwiększa się od 5×10^14 gramów do 5×10^19 gramów.
Zasięgi te są znacznie szersze, niż wcześniej sądzono, co oznacza, że może istnieć więcej pierwotnych czarnych dziur o różnych masach, które dziś mogą pozostać niewykryte.
Nowe podejście do wczesnego wszechświata
Ta praca wymaga fundamentalnej ponownej oceny naszego zrozumienia wczesnego Wszechświata. Założyliśmy, że wiemy, jak ewoluowały te obiekty, ale wygląda na to, że wszechświat miał inne plany. Zdolność pierwotnych czarnych dziur do wzrostu zasadniczo zmienia naszą kosmiczną historię, zmuszając nas do ponownego rozważenia warunków ich powstawania i potencjalnej roli, jaką odgrywają w trwającej tajemnicy ciemnej materii.
To badanie to nie tylko niewielka modyfikacja modelu; jest to nowy rozdział w naszym rozumieniu najwcześniejszych momentów wszechświata.
