Naukowcy być może po raz pierwszy odkryli dowody na istnienie pierwotnych czarnych dziur – reliktów najwcześniejszych chwil Wszechświata – dzięki obserwacji fal grawitacyjnych. Współpraca Laserowego Interferometrycznego Obserwatorium Fal Grawitacyjnych (LIGO) i Virgo wykryła 12 listopada sygnał, który nie odpowiada znanym wydarzeniom astrofizycznym, potencjalnie wskazując na połączenie obiektów zbyt małych, aby mogły być pozostałościami gwiazd.
Niezwykły sygnał: S251112cm
Od 2012 roku LIGO i Virgo potwierdzają fale grawitacyjne pochodzące ze zderzających się czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Jednakże zdarzenie, oznaczone jako S251112cm, wyróżniało się: masa jednego z łączących się obiektów była zbyt mała, aby można ją było wytłumaczyć standardowym zapadnięciem się gwiazdy. Jak powiedziała Juna Kroon, fizyk z Uniwersytetu w Durham: „Jeśli okaże się to rzeczywistością, będzie to ogromne odkrycie”. Będzie to pierwsza bezpośrednia obserwacja czarnej dziury powstałej nie z umierającej gwiazdy, ale z ekstremalnych warunków wczesnego Wszechświata.
Pierwotne czarne dziury: długie teoretyczne istnienie
Koncepcja pierwotnych czarnych dziur (PBH) sięga dziesięcioleci. W przeciwieństwie do gwiezdnych czarnych dziur, które powstają podczas zapadania się gwiazd, uważa się, że pierwotne czarne dziury powstały w wyniku wahań gęstości w ultragorącej plazmie Wielkiego Wybuchu. Ich potencjalny zakres mas jest ogromny – od ułamków atomu do 100 000 mas Słońca.
Dlaczego to jest ważne? Pierwotne czarne dziury mogą wyjaśnić niektóre z największych tajemnic Wszechświata. Jeśli istnieją, mogą stanowić znaczną część ciemnej materii, niewidzialnej substancji stanowiącej 85% masy Wszechświata. Ich istnienie nie wymagałoby nowej fizyki wykraczającej poza nasze obecne zrozumienie, w przeciwieństwie do wielu innych kandydatów na ciemną materię.
Fałszywe alarmy i niepewność
Sygnał może być jednak fałszywym alarmem. LIGO-Virgo wykrywa fałszywe sygnały mniej więcej raz na cztery lata. Jest to szczególnie problematyczne w przypadku rzadkich zdarzeń, takich jak S251112cm. Ostrzeżenie zawęziło lokalizację źródła jedynie do obszaru 6000 razy większego od Księżyca, co utrudniało późniejsze obserwacje elektromagnetyczne.
Promieniowanie i parowanie Hawkinga
Nawet jeśli to prawda, odkryta czarna dziura może nie przetrwać długo. Stephen Hawking wysunął teorię, że czarne dziury emitują promieniowanie, które z czasem powoduje ich parowanie. Lżejsze pierwotne czarne dziury zniknęłyby wkrótce po Wielkim Wybuchu, podczas gdy cięższe mogą nadal powoli rozpadać się dzisiaj.
Wyszukiwanie trwa
Na razie badacze mogą jedynie analizować sam sygnał fali grawitacyjnej, aby udoskonalić swoją wiedzę. Aby z całą pewnością potwierdzić istnienie pierwotnych czarnych dziur, potrzeba więcej takich odkryć, ale naukowcy przyznają, że takie zdarzenia mogą zdarzać się niezwykle rzadko.
„Wydaje się mało prawdopodobne, abyśmy mogli z całą pewnością stwierdzić, czy ten sygnał był prawdziwy, czy nie” – podsumował Kroon.
Niezależnie od tego, czy jest to prawdziwe odkrycie, czy statystyczny przypadek, S251112cm demonstruje potencjał astronomii fal grawitacyjnych w badaniu najwcześniejszych epok Wszechświata i odkrywaniu ukrytych składników ciemnej materii.
