Teoria găurilor negre a lui Stephen Hawking are implicații mari pentru forma universului, susține un nou studiu

Un fenomen teoretic propus de faimosul fizician Stephen Hawking ar fi putut schimba forma universului, propune noua cercetare.

În anii ’70, Hawking a introdus un concept de ultimă generație: Găuri negre – privit în mod tradițional ca entități cosmice care cuprinde totul în vecinătatea lor – ar putea emite radiații similare cu modul în care face un obiect încălzit. Acest fenomen, cunoscut acum ca Radiații de șoimrămâne teoretic datorită puterii de emisie minimă calculată pentru găurile negre stelare și supermasive.

Cu toate acestea, un studiu recent publicat în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Propune că această radiație evazivă ar fi putut influența semnificativ structura timpurie a universului. Cercetătorii sugerează că găurile negre primordiale, ipotezate că au existat la scurt timp după Big bangs -ar putea să fi emis radiații de șoim intense, lăsând amprente detectabile pe cosmosul pe care îl observăm astăzi.

„O posibilitate intrigantă este aceea că universul timpuriu a suferit o fază în care densitatea energetică a fost dominată de găuri negre primordiale, care apoi s -au evaporat prin radiații de hawking”, au scris oamenii de știință în studiul lor. „Aceasta este o consecință generică a găurilor negre primordiale ultra-ușoare […]întrucât chiar și o mică abundență inițială de astfel de obiecte ar veni rapid să domine universul pe măsură ce s -a extins. „

Descifrarea radiațiilor de șoim

Lucrarea seminală a lui Hawking a contopit parțial cadrele matematice ale General relativitate şi Mecanica cuantică – Două teorii fundamentale ale fizicii care încă nu au fost complet unificate – pentru a explora fizica găurilor negre. El a descoperit că găurile negre, cândva gândite a fi capcane ineluxabile, ar putea emite de fapt particule, inclusiv fotoni (lumină).

Înrudite: „Universul ne-a aruncat o curbă”: cea mai mare hartă a spațiului dezvăluie că s-ar putea să fi obținut o energie întunecată în totalitate greșită

Important este că rata de emisie scade pe măsură ce masa găurii negre crește, ceea ce înseamnă că găurile negre care s -au format din stele care se prăbușesc, precum și cele supermasive pe care galaxiile de ancorare, ar radia atât de slab, încât radiațiile lor de șoim ar fi imposibil de detectat cu instrumente actuale.

Cu toate acestea, se crede pe larg că în universul timpuriu, s -ar fi putut forma găuri negre mult mai mici – fiecare cu o masă mai mică de 100 de tone. Acestea așa-numite Găuri negre primordiale ar fi emis particule într -un ritm suficient de semnificativ pentru a influența structurile cosmice, cum ar fi galaxiile și clusterele.

„Diverse scenarii cosmologice prezic formarea de găuri negre în universul timpuriu”, au scris autorii. „De exemplu, s -ar putea să se formeze găuri negre primordiale din prăbușirea gravitațională a regiunilor exagerate.”

În special, radiațiile de șoim din aceste găuri negre primordiale ar cuprinde toate tipurile de particule, inclusiv acele particule ipotetice care interacționează slab cu particulele cunoscute descrise de modelul standard. Aceasta implică faptul că o astfel de radiație ar putea oferi o cale unică pentru studierea acestor particule evazive, care pot fi imposibil de produs în acceleratoarele de particule.

Cercetarea impactului găurilor negre primordiale

Utilizând ecuațiile generale ale relativității lui Einstein, echipa de cercetare a analizat diverse particule cu diferite mase și rotiri pentru a determina impactul lor asupra distribuției materiei universului. De exemplu, dacă un număr mare de particule ușoare, cu mișcare rapidă, acestea ar putea împiedica formarea de galaxii mici, deoarece astfel de particule ar avea dificultăți de adunare în cantități suficiente pentru a forma structuri dense. De asemenea, echipa a investigat alte efecte posibile pe care le -ar putea avea aceste particule.

„Dacă oricare dintre aceste particule este stabilă și persistă până în zilele noastre, le numim moaște de șoim”, au explicat cercetătorii în lucrarea lor. „Relicvele de șoim fără masă ar contribui la bugetul radiațiilor cosmice […] și ar putea fi detectat în măsurătorile fundalului cosmic cu microunde. „

Oamenii de știință au examinat meticulos modul în care moaștele Hawking ar putea influența structura cosmică actuală. Deși nu au găsit dovezi directe ale acestor moaște, analiza lor le -a permis să constrângă proprietățile atât ale particulelor, cât și ale găurilor negre primordiale care le -ar fi putut emite.

„Dacă ar exista un număr semnificativ de găuri negre evaporate în perioada în care s -au format primii nuclei, numărul prevăzut de nuclee atomice din univers ar fi incorect”, au scris fizicienii. „Prin urmare, solicităm ca găurile negre primordiale să se evapore înainte de această perioadă, ceea ce ne oferă o limită superioară pe masa lor de cinci sute de tone.”

De asemenea, echipa a explorat ipoteza conform căreia moaștele Hawking ar putea constitui materie întunecată, ceea ce reprezintă aproximativ 85% din toate materia din univers. Descoperirile lor sugerează că moaștele Hawking nu sunt o potrivire bună pentru materie întunecată.

„Constrângem abundența moaștelor de șoim cald să fie mai mică de ∼ 2% din materie întunecată, chiar dacă găurile negre primordiale au produs mai multe tipuri diferite de particule de relicvă”, notează oamenii de știință.

Perspective viitoare

Deși observațiile actuale nu au confirmat existența moaștelor Hawking, cercetătorii rămân optimiști. Ei consideră că viitoarele instrumente cu o precizie sporită ar putea detecta aceste moaște, validând astfel existența radiațiilor de șoim și a găurilor negre primordiale și permițând studii experimentale ale proprietăților lor.

„Descoperirea unei relicve Hawking ar deschide o fereastră către starea termică a [early] univers […]”Echipa a scris.” Acest lucru nu ar fi important doar pentru cosmologia timpurului universală, dar ar deschide, de asemenea, o nouă frontieră a fizicii particulelor dincolo de modelul standard și ar da primele dovezi observaționale pentru radiații de șoim, evaporare cu găuri negre și găuri negre primordiale. „

În rezumat, în timp ce radiațiile Hawking rămâne o construcție teoretică, rolul său potențial în conturarea structurii timpurii a universului oferă o cale convingătoare pentru cercetare. Studiul găurilor negre primordiale și a resturilor lor posibile ar putea oferi o perspectivă profundă atât asupra cosmologiei, cât și a fizicii particulelor, reducând astfel lacune în înțelegerea pruncilor universului.

Andrey și -a luat B.Sc. și M.Sc. grade în fizica particulelor elementare de la Universitatea de Stat din Novosibirsk din Rusia și un doctorat. În teoria șirurilor de la Institutul de Știință Weizmann din Israel. Lucrează ca scriitor științific, specializat în fizică, spațiu și tehnologie. Articolele sale au fost publicate în AdvancedscienceNews, Physicsworld, Ştiinţăși alte puncte de vânzare.