Minuscul găuri negre Creat în urma coliziunilor cosmice violente ar putea oferi o perspectivă fără precedent asupra structurii cuantice a spațiului și timpului, propune un nou studiu teoretic.
Mai mult, semnale de la aceste „morcovi cu gaură neagră” ar putea fi detectate de instrumentele actuale, au raportat oamenii de știință în studiu, care a fost publicat în Jurnal Fizica nucleară b.
“Lucrarea noastră arată că, dacă se formează aceste obiecte, radiațiile lor ar putea fi deja detectabile folosind observatorii cu raze gamma existente,” Francesco Sanninoun fizician teoretic la Universitatea din Danemarca de Sud și coautor al studiului, a declarat Live Science prin e-mail.
Radiații de șoim și cele mai mici găuri negre
Unul dintre cele mai profunde mistere din fizica modernă este modul în care gravitația se comportă la nivel cuantic. Noul studiu oferă o propunere îndrăzneață de a explora acest regim căutând strălucirea produsă de Tiny găuri negre creat în urma coliziunilor uriașe de gaură neagră.
Ideea că găurile negre nu sunt în întregime negre și, prin urmare, ar putea emite radiații slabe, a fost propusă pentru prima dată de Stephen Hawking în anii ’70. Calculele sale au relevat că efectele cuantice în apropierea unei găuri negre Orizont de evenimente ar face ca acesta să emită radiații și să piardă masa – un proces cunoscut acum sub numele de radiații de hawking. Se preconizează că temperatura găurii negre va fi invers proporțională cu masa sa. Deci, pentru găurile negre astrofizice masive, efectul este minuscul, cu temperaturi atât de scăzute încât radiația este efectiv nedetectabilă. Dar pentru găuri negre foarte mici, situația este diferită.
“Morsenii cu gauri negre sunt găuri ipotetice de micro-negre care ar putea fi formate în timpul fuziunii violente a două găuri negre astrofizice”, ” Giacomo Cacciapagliaa declarat într-un e-mail un cercetător principal la Centrul Național de Cercetare Științifică (CNRS) și coautor al studiului. “Spre deosebire de gaura neagră a părintelui mai mare, aceste morcovi sunt mult mai mici – comparabile în masă cu asteroizii – și, prin urmare, mult mai calde datorită relației inverse dintre masa găurii negre și temperatura de șoim.”
Din cauza acestei temperaturi ridicate, aceste morcovi s-ar evapora relativ rapid, eliberând explozii de particule cu energie mare, cum ar fi Raze gamma şi neutrini. Analiza echipei sugerează că această radiație ar putea forma un semnal distinct care poate fi deja la îndemâna detectoarelor actuale.
Un nou mâner pe gravitația cuantică
Deși încă nu au fost observate astfel de morcovi, cercetătorii susțin că formarea acestor mici găuri negre este teoretic plauzibilă. “Ideea este inspirată de procese analoge în fuziunile cu stele neutrone”, ” Stefan Hoheneggercercetător principal la Institutul de Physique des Deux Infinis de Lyon și coautor al studiului, a explicat într-un e-mail. „Este susținut de estimări din cadrele de relativitate generală dincolo de general, inclusiv Teoria șirurilor și modele extradimensionale. “
În astfel de medii extreme, instabilitățile la scară mică ar putea scoate găuri negre minuscule în timpul procesului de fuziune. La rândul lor, aceste obiecte s -ar putea evapora prin radiații de hawking pe perioade de timp, de la milisecunde la ani, în funcție de masa lor.
În mod crucial, dacă este detectată o astfel de radiație, ar putea deschide o fereastră către fizică nouă. “Radiația de șoim codifică informații despre structura cuantică de bază a spațiului spațiu”, a spus Sannino. „Proprietățile sale spectrale ar putea dezvălui abateri de la Model standard La scară energetică extremă, ceea ce poate duce la descoperiri ale particulelor necunoscute sau ale unor fenomene precum dimensiuni suplimentare prevăzute de diverse teorii. “
Astfel de scale energetice se află mult dincolo de atingerea chiar și a celor mai puternici collari de particule, precum Colader de hadron mare la Cern. Posibilitatea ca morcovii cu găuri negre să poată oferi un „accelerator” natural pentru sondarea acestor fizică este ceea ce le face atât de convingătoare.
Potrivit echipei, semnătura unui Morsel cu gaură neagră ar fi o explozie întârziată de raze gamma cu energie mare care radiază în toate direcțiile-spre deosebire de exploziile tipice cu raze gamma, care sunt de obicei grinzi.
Instrumentele capabile să detecteze astfel de semnale cu energie mare includ telescoape Cherenkov atmosferice, cum ar fi sistemul stereoscopic cu energie mare (HESS), în Namibia; Observatorul Cherenkov cu apă de înaltă altitudine (HAWC), în Mexic; și observatorul de duș cu aer mare de mare altitudine (Lhaaso) în Chinaprecum și detectoare pe bază de satelit, cum ar fi telescopul spațial cu raze gamma Fermi. “Unele dintre aceste instrumente au deja sensibilitatea necesară”, a menționat Hohenegger.
Cercetătorii nu s -au oprit la teoretizare. Au folosit datele existente de la Hess și Hawc pentru a plasa limitele superioare pe cât de multă masă ar putea fi emisă sub formă de morcovi în timpul fuziunilor cunoscute ale găurilor negre. Aceste limite reprezintă primele constrângeri observaționale asupra unor astfel de fenomene.
„Am arătat că, dacă morcovii cu gaură neagră se formează în timpul fuziunilor, acestea ar produce o explozie de raze gamma cu energie mare, cu momentul exploziei legate de masele lor”, a spus Cacciapaglia. „Analiza noastră demonstrează că această nouă semnătură multimessenger poate oferi acces experimental la fenomene gravitaționale cuantice.”
Ce urmează
În timp ce studiul oferă un caz convingător pentru morcovi, rămân multe incertitudini. Condițiile exacte pentru formarea lor sunt încă slab înțelese și nu s -au efectuat simulări complete la scară necesară pentru a le modela. Dar cercetătorii sunt optimiști.
“Lucrările viitoare vor implica rafinarea modelelor teoretice pentru formarea morselului și extinderea analizei pentru a include distribuții mai realiste de masă și spin”, a spus Sannino. De asemenea, echipa speră să colaboreze cu astronomii observaționali pentru a efectua căutări dedicate atât în seturile de date arhivate, cât și în cele viitoare.
“Sperăm că această linie de cercetare va deschide o nouă fereastră pentru a înțelege natura cuantică a gravitației și structura spațiului timpului”, a spus Hohenegger.
Dacă există morcovi cu gaură neagră, este posibil să nu lumineze doar cerul cu radiații exotice, dar ar putea, de asemenea, să arunce lumină asupra unora dintre cele mai profunde întrebări nesoluționate în fizică.