O porțiune considerabilă a materiei universului ar putea fi formată din găuri negre microscopice din zorii timpului – și ele ar putea devora stele din interior spre exterior, sugerează un nou studiu.
Cercetarea urmărește să rezolve misterul materie întunecată, o entitate evazivă despre care se crede că reprezintă 85% din masa universului, dar care nu interacționează cu lumina și este efectiv invizibilă. În timp ce natura acestei materie întunecată evazivă rămâne un puzzle, ideile nu lipsesc. O sugestie intrigantă este că este alcătuită din găuri negre primordiale (PBH). Într-un nou studiu publicat în Anunțuri lunare ale Societății Regale de Astronomieoamenii de știință au investigat efectul PBH-urilor atunci când sunt prinși în formarea stelelor.
Mulți găuri negre se formează atunci când stelele masive mor. În urma exploziilor supernovei, materia este împachetată atât de strâns încât gravitația sa depășește forța exterioară a exploziei, provocând uneori nucleul fostei stele să se prăbușească într-o gaură neagră. În anii 1960, oamenii de știință și-au dat seama că găurile negre se pot forma direct din regiuni extrem de compacte ale materiei în primele câteva secunde după Big bang. Aceste găuri negre primordiale ar putea varia de la masa unei particule de praf până la masa de mii de ori mai mare decât masa soarelui nostru. Deși există multe întrebări fără răspuns în jurul PBH-urilor, oamenii de știință cred că ar putea constitui o parte din masa lipsă din univers.
Primul detectarea undelor gravitaționale de către Observatorul undelor gravitaționale cu interferometru laser și omologul său, interferometrul Fecioara a creat noi posibilități pentru studierea acestor găuri negre primordiale, a spus autorul principal al studiului. Nicolas Esserun fizician teoretician la Université Libre de Bruxelles, a declarat Live Science într-un e-mail.
Legate de: Telescopul James Webb confirmă că este ceva grav greșit în înțelegerea noastră despre univers
Esser și co-autorii săi au investigat ce se întâmplă atunci când PBHs cu masa unui mare asteroid interacționează cu norii giganți de gaz unde se formează stelele. Ei au descoperit că PBH de această dimensiune, care își împachetează masa într-un spațiu nu mai mare decât o picătură de ceață, ar putea fi capturate de atracția gravitațională a stelelor nou formate.
Unele dintre aceste PBH-uri vor avea orbite care le trag direct prin steaua care se formează; de fiecare dată când se întâmplă asta, gaura neagră pierde puțin din viteză din cauza frecării. După multe treceri prin interiorul din ce în ce mai dens al stelei, găurile negre microscopice devin în cele din urmă capturate în interiorul stelei.
Stelele care captează un PBH în acest fel nu duc o viață normală. Gaura neagră începe să consume steaua din interiorhrănindu-se cu hidrogenul care îl alimentează și îl susține fuziune nucleară în miez.
Este „foarte probabil” ca din materialul stelar să se formeze un nor învolburat de gaz care se învârte în spirală spre gaura neagră, numit disc de acreție, a spus Esser. Nu se știe încă dacă tot acel material va cădea în gaura neagră sau va provoca o explozie, dar asta ar putea „conduce la semnături directe ale PBH care ar putea fi detectate”, a spus Esser.
Rezultatul acestui canibalism cosmic: distrugerea, mai ales printre stelele mai vechi cu aproximativ 80% din masa propriului nostru soare. Esser a fost surprins să constate că probabilitatea de distrugere la această dimensiune era mult mai mare decât pentru stelele mai mici. Acest lucru ar duce la un deficit de stele mai vechi și mai mari în galaxiile în care este probabil să existe PBH. Aceasta, la rândul său, ar ajuta la explicarea materiei întunecate, deoarece „stelele infectate sunt transformate în găuri negre practic invizibile”.
Perspective de detectare
Cel mai bun loc pentru a căuta acest deficit este în galaxiile pitice ultra-slăbite. Potrivit lui Esser, a avea suficiente stele consumate de găurile negre pentru a fi detectate ar „necesita o densitate mare a materiei întunecate” și ca PBH-urile să se miște încet prin galaxia lor gazdă pentru a fi capturate prin formarea de stele. „Pe baza observațiilor și modelelor noastre, aceste condiții sunt în prezent îndeplinite doar în galaxiile pitice ultra-slăbite”.
Observațiile ar trebui să poată stabili numărul și vârstele stelelor din aceste galaxii pitice slabe.
„Hubble și Telescoapele spațiale James Webb sunt amândoi capabili [of detecting] acest efect. În prezent, analizăm posibilitatea ca Telescopul Euclid ar putea, de asemenea, să o detecteze”, a spus Esser. Dacă numărul de stele mai vechi și mai mari este așa de așteptat, ar ajuta oamenii de știință să excludă aceste PBH cu masă de asteroizi ca materie întunecată.
Dar dacă nu sunt atât de mulți pe cât se aștepta, ar fi interesant. „Un deficit de stele mai vechi în galaxiile pitice ultra-slăbite ar fi în mod clar un indiciu că materia întunecată ar putea fi făcută din PBH-uri de masă de asteroizi”, a spus Esser, avertizând în același timp că ar putea exista și alte explicații. O astfel de descoperire ar putea oferi dovezi tentante pentru PBH și ar putea ajuta, de asemenea, să explice ce ar putea fi o parte din materia întunecată evazivă a universului.