Niedawne obserwacje fal grawitacyjnych – zmarszczek w strukturze czasoprzestrzeni – dostarczyły intrygującej wskazówki, że długo utrzymywana teoria kosmologiczna może wreszcie być poprawna. Naukowcy są przekonani, że odkryli oznaki istnienia pierwotnych czarnych dziur : maleńkich, starożytnych obiektów powstałych nie w wyniku śmierci gwiazd, ale w wyniku chaotycznych fluktuacji samego Wielkiego Wybuchu.
Jeśli zostanie to potwierdzone, takie „nieastrofizyczne” czarne dziury mogą rozwiązać jedną z największych tajemnic współczesnej nauki: określenie natury ciemnej materii.
Poza śmiercią gwiazd
Aby zrozumieć znaczenie tego odkrycia, konieczne jest rozróżnienie pomiędzy czarnymi dziurami, które już znamy, a tymi, które są tutaj omawiane.
- Czarne dziury o masach gwiazdowych: powstają, gdy masywne gwiazdy zapadają się pod koniec swojego cyklu życia. Zwykle są znacznie większe od naszego Słońca.
- Pierwotne czarne dziury (PBH): powstały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu w wyniku wahań gęstości we wczesnym Wszechświecie. Ponieważ ich pochodzenie nie jest związane z ewolucją gwiazd, mogą być niewiarygodnie małe – od masy asteroidy po masę dużej planety.
Sygnał wykryty przez Laserowe Interferometryczne Obserwatorium Fal Grawitacyjnych (LIGO) zostało spowodowane zderzeniem dwóch czarnych dziur, z których co najmniej jedna miała masę mniejszą niż masa naszego Słońca. Ponieważ standardowa ewolucja gwiazd nie jest w stanie wytworzyć czarnej dziury o tak małych rozmiarach, sygnał ten wskazuje na jej pierwotne pochodzenie.
Połączenie z ciemną materią
Odkrycie tych maleńkich czarnych dziur to nie tylko ciekawy fakt; jest to potencjalne rozwiązanie problemu ciemnej materii.
Ciemna materia to niewidzialna substancja, która stanowi około 85% całej materii we Wszechświecie. Chociaż nie możemy go zobaczyć (ponieważ nie oddziałuje ze światłem ani promieniowaniem elektromagnetycznym), wiemy o jego istnieniu dzięki grawitacji, która zapobiega rozpadowi galaktyk. Przez dziesięciolecia fizycy poszukiwali cząstki subatomowej, która mogłaby wyjaśnić naturę ciemnej materii, ale poszukiwania te w dużej mierze zakończyły się niepowodzeniem.
„Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem sygnału LIGO, którego nie ma tradycyjne wyjaśnienie astrofizyczne, jest wykrycie pierwotnej czarnej dziury” – mówi badacz Alberto Magarajah.
Pierwotne czarne dziury są idealnymi kandydatami na ciemną materię, ponieważ mają masę i wywierają przyciąganie grawitacyjne, ale pozostają praktycznie niewidoczne poza horyzontem zdarzeń.
Oczekiwanie na „niepodważalny dowód”
Pomimo podekscytowania społeczność naukowa pozostaje ostrożna. Istnieje możliwość, że sygnał LIGO był po prostu „szumem” – zakłóceniami w masywnych ramionach lasera detektora.
Naukowcy Nico Cappeluti i Alberto Maharaja z Uniwersytetu w Miami pracują nad udowodnieniem autentyczności tych sygnałów. Ich modele sugerują, że chociaż takie czarne dziury o masie poniżej Słońca powinny być rzadkie, są one wystarczająco liczne, aby obecna i przyszła technologia mogła je wykryć.
Do potwierdzenia wymagany jest więcej niż jeden sygnał. Aby przejść od „intrygującej wskazówki” do faktu naukowego, astronomowie potrzebują „twardych dowodów” – serii spójnych odkryć zgodnych z przewidywanymi wzorami pierwotnych czarnych dziur.
Długa gra w odkrywanie
Historia fizyki uczy nas, że wymagana jest cierpliwość. Albert Einstein przewidział istnienie fal grawitacyjnych już w 1915 r., ale dopiero w 2015 r. minęło stulecie postępu technologicznego, zanim w końcu je odkryto.
Wraz z nadchodzącą modernizacją sieci LIGO, Virgo i KAGRA, a także przyszłym uruchomieniem detektora LISA (Laser Interferometer Space Antenna), w końcu budowane są narzędzia umożliwiające potwierdzenie istnienia tych starożytnych reliktów kosmicznych.
Wniosek: Chociaż odkrycie czarnej dziury o masie poniżej Słońca nie zostało jeszcze potwierdzone, stanowi ono kluczową wskazówkę w poszukiwaniu pierwotnych czarnych dziur, potencjalnie łącząc Wielki Wybuch z tajemnicą ciemnej materii.
