Ако съществуват микроскопични черни дупки, родени част от секундата след Големия взрив, както подозират някои изследователи, тогава поне една може да прелита през Слънчевата система на десетилетие, генерирайки малки гравитационни изкривявания, които учените могат да открият, установява ново проучване.
Тези открития предполагат, че ако астрономите успеят да открият и потвърдят съществуването на такива гравитационни смущения, те може да са в състояние да разрешат мистерията зад природата на тъмната материя – невидима субстанция, която много изследователи подозират, че съставлява около пет шести от цялата материя във Вселената.
Недалеч от Земята е открита черна дупка с рекордна маса в нашата Галактика
Много изследователи предполагат, че тъмната материя може да е съставена от неизвестни частици, но нито един експеримент досега не е открил нови частици, които може да са тъмна материя. Една алтернатива, която учените изследват, за да обяснят тъмната материя, са така наречените първични черни дупки, които съществуват от зората на времето.
Предишни изследвания показват, че около 86% от материята във Вселената е съставена от невидимо вещество, наречено тъмна материя. Учените правят заключение за съществуването на тъмната материя от нейните гравитационни ефекти върху видимата материя и светлина, но в момента остава несигурно от какво може да е съставена.
Черните дупки получават името си от огромното си гравитационно привличане, което е толкова мощно, че дори светлината не може да избяга. Ако черна дупка не издаде съществуването си – например като разкъса звезда – тя може да остане незабелязана на фона на чернотата на Космоса.
През десетилетията астрономите са открили много черни дупки – от черни дупки със звездна маса, обикновено около пет до 10 пъти по-големи от слънчевата, до свръхмасивни черни дупки с размери от милиони до милиарди слънчеви маси. За разлика от това новото изследване се съсредоточава върху първичните черни дупки, за които предишни изследвания предполагат, че може да са около масата на типичен астероид – тоест около 110 милиарда до 110 милиона милиарда тона.
„Черните дупки, които разглеждаме в нашата работа, са най-малко 10 милиарда пъти по-леки от Слънцето и едва ли са по-големи от водороден атом“, казва пред Space.com Сара Гелър, теоретичен физик в Калифорнийския университет в Санта Крус и съавтор на изследването.
Черните дупки възникват, когато даден обект е толкова плътен, че се срутва под силата на собствената си гравитация. Предишна работа предполага, че малко след Големия взрив, преди Вселената да се разшири значително по размер, произволни колебания в плътността на материята в новородения Космос са довели някои концентрации да станат достатъчно плътни, за да образуват черни дупки.
Предишни изследвания предполагат, че първичните черни дупки, оцелели до наши дни, могат да съставят по-голямата част или цялата тъмна материя. Въз основа на тази работа новото проучване изследва колко често първичните черни дупки могат да прелитат през Слънчевата система и дали могат да произведат ефекти, които учените могат да открият върху видими обекти.
Телескоп картографира магнитните полета около черната дупка на Млечния път
„Ако има много черни дупки там, някои от тях със сигурност трябва да минават през задния ни двор от време на време“, казва Гелър.
Първоначално изследователите „мислеха какво може да се случи, ако черна дупка пробие земната кора или премине през нашата атмосфера, или остави кратер на Луната – казва Гелър. – Дори се запитахме какво ще се случи, ако една от тези малки черни дупки удари човек.“
Но „всяка от тези идеи се натъкна на един и същ проблем – обяснява Гелър. – Човек, Луната или дори Земята са много малка цел в необятния Космос и шансовете черна дупка някога да ги удари директно е малка.“
„Това, от което се нуждаехме, беше достатъчно голяма система, за да могат черните дупки да преминават редовно, но достатъчно прецизно измерена, за да можем да видим някакъв ефект – казва Гелър. – Тогава започнахме да мислим за много прецизно измерените орбити на обектите в Слънчевата система.“
По принцип гравитационното привличане на първична черна дупка „би могло да предизвика колебания в орбитите на обекти в Слънчевата система, които са достатъчно големи, за да ги измерим“.
В крайна сметка учените се фокусирали върху първичните черни дупки, летящи близо до вътрешните планети на Слънчевата система – Меркурий, Венера, Земя и Марс. Те открили, че ако първичните черни дупки съществуват, те може да са достатъчно изобилни, за да може поне една да прелита покрай вътрешните светове веднъж на десетилетие. Учените добавят, че може вече да са се случили няколко прелитания, тъй като технологиите, способни да откриват такива смущения, са се появили онлайн.
Ново изследване: Черна дупка поглъща пространството и времето
Гелър предупреждава, че „ние не правим нито едно от следните твърдения – че първичните черни дупки определено съществуват, че те съставляват по-голямата част или цялата тъмна материя; или че те определено са тук в нашата Слънчева система“. Вместо това изследователите казват, че ако първичните черни дупки съществуват и съставят по-голямата част от тъмна материя, „тогава една трябва да пътува през вътрешната Слънчева система на всеки една до 10 години“.
Учените също така отбелязват, че техните открития се основават на сравнително прости компютърни симулации, които нямат необходимата прецизност за анализ на реални данни относно вътрешните орбити на Слънчевата система.
„За да направим окончателни изявления, ще трябва да работим с колеги, които са специализирани в моделирането на Слънчевата система с много по-сложни изчислителни методи“, казва съавторът на изследването Бенджамин Леман, теоретичен физик в MIT.
Сега учените обсъждат възможността да си сътрудничат с групата за симулация на Слънчевата система в Парижката обсерватория, за да анализират съществуващите орбитални данни.
„Те са едни от най-добрите експерти по усъвършенстваните симулационни методи, които ще са необходими, за да превърнем този анализ в реалност – казва Леман. – След като разработим пълен модел, който може да се използва за търсене в реални данни, тогава ще трябва да проучим какви последващи наблюдения ще бъдат най-подходящи за всеки сигнал, който можем да регистрираме.“
Този подход за търсене на първични черни дупки чрез техните гравитационни ефекти „не е напълно достатъчен, за да се направи разлика между първична черна дупка и някакъв друг необичаен обект с подобна маса“, предупреждава Гелър.
Ами ако Земята се намира в черна дупка?
Тя отбелязва, че ако тази стратегия открие потенциална първична черна дупка, „можем да задействаме последващи наблюдения, за да изключим други възможности. Астрономите всъщност са невероятно добри в намирането дори на много по-леки обекти в нашата Слънчева система, като малки астероиди, докато директното наблюдение на малка черна дупка с телескоп най-вероятно няма да покаже нищо."
Статията на учените е публикувана в списание Physical Review D.
