Czarna dziura to w dużym uproszczeniu obiekt o tak ogromnej gęstości, że nawet światło nie jest w stanie uciec z jego wnętrza. Większość z nas kojarzy ją z zapadającymi się wielkimi gwiazdami i w efekcie — gigantycznymi czarnymi dziurami. "Zwykłe" czarne dziury są czymś zupełnie odmiennym od tych pierwotnych — niesamowicie małych — które mogły powstać już we wczesnych fazach istnienia Wszechświata, na długo przed uformowaniem się pierwszych gwiazd. Podejrzewa się je o posiadanie klucza do zagadki ciemnej materii. Postuluje się dodatkowo, że ślady pierwotnych czarnych dziur mogą kryć się... nawet w obiektach wokół nas.
Ciemnej materii nie jesteśmy w stanie wykryć, dotknąć, zmierzyć — ale jedynie bezpośrednio. Pośrednio jej istnienie potwierdzają badania — za sprawą oddziaływań grawitacyjnych, jakie wywołuje. Szacuje się, że stanowi aż 85% masy Wszechświata. To niesamowite, że ogromną większość tego, co istnieje w kosmosie to rzecz, z którą nie potrafimy wejść w interakcję. Jak to możliwe?
Jedną z hipotez tłumaczących jej naturę jest założenie, że ciemna materia może składać się z... pierwotnych czarnych dziur. To zaś mogłoby wynikać z lokalnego zapadania się przestrzeni podczas szczególnie szybkiego rozszerzania się Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu.
Wielkość pierwotnych czarnych dziur może sięgać rozmiarów atomu, przy gęstości porównywalnej z masą — dajmy na to — marsjańskiej najwyższej góry: Olympus Mons. Brzmi niecodziennie, prawda? O to właśnie chodzi: malutki obiekt ma masę najwyższego masywu w Układzie Słonecznym i to właśnie wpływ na fakt, iż jest on pierwotną czarną dziurą. Malutką, ale jednak.
Mało kto by szukał tutaj pierwotnej czarnej dziury
Jednym z najciekawszych pomysłów na potwierdzenie istnienia pierwotnych czarnych dziur jest poszukiwanie ich śladów... m.in. w planetoidach. Badania z Physics of the Dark Universe wskazują, że PBH (primordial black hole — odtąd będziemy stosować ten skrót zamiennie dla pojęcia "pierwotnej czarnej dziury) uwięziona w planetoidzie lub księżycu mogłaby wchłonąć ich płynne jądro, pozostawiając po sobie pustą i zimną skorupę.
Obliczono nawet, że pusta planetoida mogłaby mieć maksymalnie jedną dziesiątą promienia Ziemi – większe struktury zwyczajnie zapadłyby się pod własnym ciężarem. Wykrycie takich anomalii mogłoby być możliwe dzięki analizie ich masy i orbity przy użyciu teleskopów. Teraz wystarczy "tylko" znaleźć tego typu obiekty i ewentualnie potwierdzić nasze przypuszczenia.
Pierwotna czarna dziura może być mała jak atom i ciężka jak góra. Jak to w ogóle możliwe?
Przedmioty codziennego użytku jako detektory czarnych dziur
Pierwotne czarne dziury mogą pozostawiać ślady nie tylko w kosmosie, ale — co zrozumiałe — także na Ziemi. Niewykluczone, że ich ślady trzymasz na biurku lub przynajmniej w swoim domu, lub ogrodzie. Gdy PBH przemieszcza się przez ciało stałe, może tworzyć "mikrotunele" widoczne pod mikroskopem. Malutka czarna dziura o masie około 10¹² kilogramów mogłaby wyciąć w metalu lub skale tunel o średnicy 0,1 mikrona. Nie oczekiwałbym raczej, że taki tunel mógłby znaleźć się w myszce komputerowej, czy szczotce do włosów. Ale, w pamiątkowym kamyku znad Bałtyku... czemu nie?
Reklama
Między innymi skały liczące miliardy lat, mogą być potencjalnym polem do poszukiwań tych sygnatur. Prawdopodobieństwo wykrycia takiego tunelu w ziemskim materiale jest — co prawda — znikome — bo wynosi zaledwie 0,000001, ale naukowcy podkreślają, że koszt prowadzeni badań tego typu (i w tym kierunku) jest minimalny w porównaniu do potencjalnych korzyści.
Czy pierwotne czarne dziury mogą "podziurawić" nasze ciała?
Obawy o ludzkie ciało nie są zbyt zasadne, PBH jest tak mała i szybka, że jej obecność byłaby praktycznie niezauważalna. Ludzka tkanka, w przeciwieństwie do skał czy metalu, jest dosyć rozciągliwa, co uniemożliwia rozerwanie jej struktury przez pierwotną czarną dziurę. Zresztą, jej przejście przez ludzkie ciało jest bardzo, bardzo mało prawdopodobne — tak po prostu.
Skąd w ogóle pomysł na "pierwotne czarne dziury"? Cóż, poszukujemy nowych modeli teoretycznych w fizyce i astronomii. Mechanika kwantowa i ogólna teoria względności mają już ponad sto lat. Aż trudno w to uwierzyć. Skoro ciągle kręcimy się wokół teorii ciemnej materii, naukowcy muszą myśleć nieszablonowo, tworzyć nowe hipotezy i je sprawdzać.
I właśnie pierwotne czarne dziury mogą być brakującym elementem układanki, który pomoże wyjaśnić naturę ciemnej materii. Ich poszukiwania są obarczone ogromnym ryzykiem niepowodzenia, ale jak wskazują badacze, potencjalne korzyści i przełom w kosmologii – są warte podjęcia tego wyzwania. Trzymajmy kciuki za powodzenie poszukiwań: potwierdzenie teorii ich dotyczącej byłoby niesamowitym przełomem.
