Sciencemag.cz
Doporučujeme
Černé díry se jako možné vysvětlení temné hmoty navrhují již nějakou dobu; do modelů zapadají tím, že se svým okolím interagují (skoro) pouze gravitačně. Černých děr s hmotnostmi hvězd ale prostě není dost, temné hmoty potřebujeme víc (poznámka: samozřejmě ji můžeme přiřadit objektům různého typu). Nová studie počítá s primordiálními černými děrami, tedy takovými, které by se formovaly ne z hvězd, ale krátce po velkém třesku. Mělo by jít o objekty s hmotnostmi planet nebo menšími – tomu odpovídá velikost jablka nebo dokonce zrnka písku (pro hmotnost odpovídající planetce).
Nemáme žádné důkazy (pozorování) o existenci takových černých děr, nový výzkum s výsledky publikovanými prozatím pouze na arXiv se touto možností nicméně zabýval znovu. Tato studie mírně vylepšuje původní model a navrhuje, že primordiální černé díry s různými hmotnostmi vznikly téměř okamžitě po velkém třesku. Z modelu vyplývá, že některé z těchto černých děr mohly vytvořit zárodky prvních hvězd a největší primordiální černé díry dokázaly rychle vyrůst v supermasivní černé díry tím, že pohltily okolní vodík a helium. To by vysvětlovalo, že galaxie a jejich supermasivní černé díry se zformovaly tak brzy/rychle (jak to teď alespoň vypadá). A konečně, nejmenší primordiální černé díry by byly dostatečně běžné, aby vysvětlily právě temnou hmotu…
Jaké by mohly být experimentální důkazy pro tento model? Snad by se zde mohl uplatnit i nově zprovozněný dalekohled Jamese Webba. Malé černé díry by mohly vyzařovat pomocí Hawkingova záření, a to v detekovatelném množství (poznámka: u černých děr hvězdné velikosti jsme Hawkingovo záření nikdy nezaznamenali, a to je s modely v souladu, i když Stephenu Hawkingovi možná právě kvůli tomu utekla Nobelova cena). Raný vesmír by pak měl obsahovat nadbytek (větší než jinak předpokládané množství) infračerveného záření.
Obrázek níže ukazuje, že gravitační vlny z fúzí primordiálních černých děr by mohl zachytit také interferometr LISA.
Dále je zde vidět rozdíl modelů vývoje vesmíru s primordiálními černými děrami a bez nich. S černými děrami by byla temná fáze kratší a první hvězdy by vznikaly rychleji.
Kredit: ESA/UniverseToday
Zdroj: Brian Koberlein: Primordial Black Holes Could Explain Dark Matter and the Growth of Supermassive Black Holes at the Same Time, UniverseToday.com
Cappelluti, Nico, Günther Hasinger, and Priyamvada Natarajan. “Exploring the high-redshift PBH-LCDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds.” arXiv preprint arXiv:2109.08701 (2021).
Poznámky PH:
Jak by z černé díry mohla vzniknout klasická hvězda (viz výše)? Respektive cokoliv jiného než větší černá díra?
Jak rychle by se tyto černé díry prostřednictvím Hawkingova záření „vypařily“? Máme-li vysvětlit temnou hmotu, potřebujeme, aby vydržely až do současnosti.
Jakou hmotu představují elektrické a magnetické síly ve vesmíru?
Ve skutečnosti je už vypařit mohly, případně se jich mohla vypařit většina. Možná proto nám v blízkých galaxiích temná hmota nechybí, tuším se tu o tom psalo. Naproti tomu hodně vzdálené galaxie vidíme v době, kdy jestě tyto černé díry existovaly a proto nám jejich chování nesedí.