Pierwotne czarne dziury (PBH), powstałe prawdopodobnie wkrótce po Wielkim Wybuchu, mogą doświadczać wydarzeń wybuchowych w całym wszechświecie. Niedawne badania prowadzone przez fizyków teoretyków, dr Marco Calzà i dr João G. Rosę z Uniwersytetu w Coimbrze, sugerują, że erupcje te, napędzane promieniowaniem Hawkinga, mogą być wykrywalne dzięki zaawansowanej czułości przyszłych teleskopów. Takie zdarzenia, jeśli zostaną zaobserwowane, mogą zapewnić głębsze zrozumienie niezbadanych cząstek i odkryć podstawowe prawa fizyki.
Zrozumienie pierwotnych czarnych dziur
Uważa się, że PBH wyłoniły się z obszarów o dużej gęstości we wczesnym Wszechświecie, zaledwie ułamek drugiego po Wielkim Wybuchu. Te zwarte byty, sformułowane początkowo w 1967 roku przez naukowców Jakowa Zeldowicza i Igora Nowikowa, mogły być tak małe jak cząstki subatomowe. W przeciwieństwie do swoich bardziej masywnych odpowiedników, mogły powstać PBH niezależnie w wyniku zapadania się gwiazd, zamiast tego powstają w wyniku wahań energii w pierwotnej „zupie” cząstek wszechświata.
Głównym pytaniem bez odpowiedzi jest to, czy PBH mogą odpowiadać za ciemną materię, która stanowi 85% całej materii w kosmosie, ale pozostaje niewykryta. Modele kosmologiczne potwierdzają teorię PBH, ale bezpośrednie obserwacje nie potwierdziły jeszcze ich istnienia.
Rola promieniowania Hawkinga
Jedną z cech charakterystycznych PBH jest ich zdolność do emitowania promieniowania Hawkinga – procesu kwantowego, o którym teoretyzował nieżyjący już Stephen Hawking. Proces ten sugeruje, że czarne dziury stopniowo tracą masę, uwalniając promieniowanie, gdy wirtualne pary cząstek pojawiają się w pobliżu horyzontu zdarzeń. W większych czarnych dziurach promieniowanie to jest prawie niewykrywalne, ale mniejsze PBH emitowałyby znaczną ilość, potencjalnie ujawniając swoją obecność astronomom.
Zdaniem dr Calzà jaśniejsze czarne dziury mogą emitować fotony, elektrony, a nawet neutrina w wykrywalnych ilościach. W miarę utraty masy PBH promieniowałyby intensywniej, ostatecznie prowadząc do potężnego wybuchu promieniowania – zdarzenia, które aktywnie monitorują detektory promieni gamma i neutrin.
Sondowanie eksplozji PBH w poszukiwaniu nowych odkryć
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Journal of High Energy Physics dr Calzà i dr Rosa przedstawiają metody śledzenia masy i spinu PBH w momencie, gdy zbliżają się one do swoich ostatnich chwil. Wgląd w spin PBH może wskazywać na obecność nowych cząstek, takich jak aksiony, przewidywaną przez teorię strun. Dr Rosa sugeruje, że obserwacja eksplozji PBH może ujawnić nową fizykę poprzez rozróżnienie modeli cząstek na podstawie widma promieniowania Hawkinga.
Nadchodzące teleskopy o wysokiej czułości mogą wkrótce pozwolić naukowcom na wykrycie tych kosmicznych wydarzeń, rzucając światło na nieuchwytną ciemną materię i poszerzając wiedzę na temat podstawowej struktury naszego Wszechświata.
