Фізики вважають, що ми можемо стати свідками вибуху однієї з чорних дір

Фізики з Массачусетського університету в Емгерсті вважають, що у найближчі 10 років ми можемо побачити вибух однієї з так званих первинних чорних дір, і це «зробить революцію у фізиці та перепише історію Всесвіту».

Про це розповідають в Массачусетському університеті в Емгерсті, передають OstanniPodii.com.

Фізики давно вважають, що чорні діри вибухають наприкінці свого існування, а також, що такі вибухи трапляються, як максимум, раз на 100 тисяч років. Але нове дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters фізиками зі вказаного вишу, виявило, що ймовірність того, що один з таких вибухів чорної діри може бути побачений протягом десятиліття, становить понад 90 %, і що, якщо ми будемо готові, наші нинішні космічні та наземні телескопи зможуть стати свідками цієї події.

Такий вибух був би переконливим доказом існування теоретично передбачуваного, але ніколи не спостережуваного типу чорної діри, яка називається «первинною чорною дірою» та могла утворитися менш ніж за секунду після Великого вибуху, що стався 13,8 мільярда років тому. Крім того, вибух чорної діри дозволив би нам створити остаточний каталог усіх субатомних частинок, що існують. На додачу до тих, які ми спостерігали — такі, як електрони, кварки, бозон Гіґґса — ми б могли зафіксувати частинки, про які відомо лише гіпотетично, зокрема частинки темної матерії, а також все інше, що досі є повністю невідомим для науки. Цей каталог нарешті дав би відповідь на одне з найдавніших питань людства: звідки взялося все, що існує?

Ми знаємо, що чорні діри існують, і добре розуміємо їхній життєвий цикл: достатньо масивна зоря вичерпує своє паливо, вибухає в надзвичайно потужній надновій і залишає після себе область простору-часу з настільки сильною гравітацією, що ніщо, навіть світло, не може з неї вирватися. Ці чорні діри неймовірно важкі та, по суті, стабільні.

Але, як зазначив фізик Стівен Гокінг у 1970 році, інший вид чорної діри — первинна чорна діра (ПЧД) — могла бути створена не в результаті колапсу зорі, а в первинних умовах Всесвіту незабаром після Великого вибуху. ПЧД, як і звичайні чорні діри, настільки щільні, що майже ніщо не може вирватися з них — саме це робить їх «чорними». Однак, попри свою щільність, ПЧД можуть бути набагато легшими за чорні діри, які ми спостерігали досі. Крім того, Гокінг також показав, що чорні діри мають температуру та, теоретично, можуть повільно випромінювати частинки через те, що зараз відомо як «випромінювання Гокінга», якщо вони нагріються достатньо.

«Чим легша чорна діра, тим гарячішою вона повинна бути й тим більше частинок вона випромінює. Коли ПЧД випаровуються, вони стають все легшими та гарячішими, випускаючи ще більше випромінювання в нестримному процесі аж до вибуху. Саме це випромінювання Гокінга можуть виявити наші телескопи», — каже доцентка фізики Андреа Тамм, співавторка роботи.

Однак, хоча ми повинні бути в змозі це зробити, ніхто ніколи безпосередньо не спостерігав ПЧД.

«Ми знаємо, як спостерігати за цим випромінюванням Гокінга», — каже фізик-постдокторант Жоакім Ігуаз Хуан. «Ми можемо бачити його за допомогою наших сучасних телескопів, та оскільки єдиними чорними дірами, які можуть вибухнути сьогодні або в найближчому майбутньому, є ці ПЧД, ми знаємо, що якщо ми бачимо випромінювання Гокінга, то бачимо ПЧД, що вибухає».

Хоча фізики з часів Гокінга вважали, що шанси побачити ПЧД, що вибухнула, є мізерно малими, Ігуаз Хуан зазначає, що «наша робота як фізиків полягає в тому, щоб ставити під сумнів прийняті припущення, ставити кращі питання та висувати більш точні гіпотези».

Нова гіпотеза команди? Готуйтеся побачити вибух. «Ми вважаємо, що ймовірність побачити ПЧД, що вибухнула, протягом наступних 10 років становить до 90%», — каже аспірант з фізики Ейдан Саймонс, один зі співавторів статті.

У своїй роботі команда досліджує «іграшкову модель темної квантової електродинаміки». По суті, це копія звичної нам електричної сили, але з додаванням дуже важкої гіпотетичної версії електрона, яку команда називає «темним електроном».

Потім команда переглянула давні припущення про електричний заряд чорних дір. Стандартні чорні діри не мають заряду, і вважалося, що ПЧД також є електрично нейтральними.

«Ми висунули інше припущення», — каже співавтор, доцент кафедри фізики Майкл Бейкер. «Ми показуємо, що якщо первинна чорна діра утворюється з невеликим темним електричним зарядом, то іграшкова модель передбачає, що вона повинна тимчасово стабілізуватися, перш ніж остаточно вибухнути».

Враховуючи всі відомі експериментальні дані, вони дійшли висновку, що ми могли б спостерігати вибух ПЧД не раз на 100 000 років, як вважалося раніше, а раз на 10 років.

«Ми не стверджуємо, що це обов′язково станеться в цьому десятилітті. Але ймовірність цього становить 90 %. Оскільки ми вже маємо технологію для спостереження за цими вибухами, ми повинні бути готові», - каже Бейкер.

Ігуаз Хуан додав: «Це буде перше в історії безпосереднє спостереження як випромінювання Гокінга, так і ПЧД. Ми також отримаємо остаточний запис про кожну частинку, з якої складається все у Всесвіті. Це повністю революціонізує фізику та допоможе нам переписати історію Всесвіту».

• Чорні діри