Toate găurile negre observate până acum se împart în trei categorii: găuri negre de masă stelară, găuri negre de masă intermediară și găuri negre supermasive. Fiecare dintre acestea este mai mare decât soarele nostru și s-a format la cel puțin câteva sute de mii de ani după Big Bang, pe măsură ce universul nostru se extindea și evolua. Însă mai există un alt tip de găuri negre, unul pe care oamenii de știință încă nu l-au văzut, dar despre care cred că există. Este vorba despre găurile negre primordiale.
După cum le sugerează și numele, găurile negre primordiale s-au format chiar la începuturile universului nostru, la doar o fracțiune de secundă după Big Bang, înainte ca stelele și galaxiile (și alte tipuri de găuri negre) să fi existat. Teoriile susțin că aceste găuri negre ar fi apărut deoarece, în acea fracțiune de secundă de după nașterea universului, spațiul nu era complet omogen (nu era la fel în orice punct al său). În schimb, unele zone erau mai dense și mai fierbinți decât altele, iar aceste regiuni dense ar fi putut intra în colaps pentru a forma găuri negre.
O fereastră îngustă
După Big Bang, a existat doar o perioadă scurtă de timp, de aproximativ o secundă, în care găurile negre primordiale s-ar fi putut forma. Însă în lumea de la începuturile universului, într-o secundă s-au întâmplat multe lucruri. Iar cu cât o gaură neagră primordială s-a format mai târziu în acest scurt interval, cu atât ea a fost mai masivă. În funcție de când s-au format, găurile negre primordiale pot avea mase de la 10-5 grame până la 100.000 de mase solare.
Proprietățile cuantice ale acestor găuri negre minuscule au fost explorate de către astrofizicianul Stephen Hawking, care, în anul 1974, a descoperit că găurile negre se pot evapora în timp. Pentru acest lucru, găurile negre mari au nevoie de un timp mai mare decât vârsta universului, dar găurile negre mici s-ar fi putut deja evapora sau sunt în curs de evaporare, în funcție de masa lor. Hawking a calculat că orice gaură neagră primordială cu masa mai mare de 1012 kilograme (mult mai puțin decât masa oricărei planete din sistemul nostru solar) încă ar putea exista astăzi, în timp ce găurile negre mai puțin masive ar fi dispărut deja.
Drept urmare, în funcție de masa sa, orice gaură neagră primordială rămasă astăzi ar putea explica unele dintre problemele presante ale astronomiei.
Materia întunecată
Una dintre aceste probleme este materia întunecată. Chiar dacă reprezintă aproximativ 30% din univers, astronomii nu știu cu exactitate ce este materia întunecată. Găurile negre primordiale ar putea oferi un răspuns – cel puțin parțial.
Găurile negre primordiale ar putea fi un tip de materia întunecată denumit MACHO („massive compact halo objects”), deoarece astronomii cred că ele se întâlnesc la periferiile (în halourile) galaxiilor. Astfel de găuri negre ar putea foarte dificil de observat. O modalitate de a vedea un MACHO este efectul de microlentilă, care apare atunci când un obiect masiv (ca de exemplu, o gaură neagră) trece prin fața unui obiect mai îndepărtat (o stea sau o galaxie). Gaura neagră curbează în jurul său lumina de la sursa îndepărtată, mărind și intensificând strălucirea imaginii.
Aceste evenimente sunt rare și durează puțin, dar detectarea lor în număr suficient de mare ar putea ajuta astronomii să determine natura obiectului care produce efectul de microlentilă și dacă acesta este o gaură neagră primordială. Totuși, studiile recente au arătat că chiar dacă există găuri negre primordiale de acest tip, ele nu pot explica pe deplin efectele asociate cu materia întunecată.
O altă modalitate de a căuta găurile negre primordiale este procesul de fuzionare (contopire) a găurilor negre. Detectoarele de unde gravitaționale, cum sunt LIGO și VIRGO, au detectat deja fuzionarea unor găuri negre. Deoarece astronomii pot determina masele găurilor negre care fuzionează, ei pot stabili dacă evenimentele viitoare vor fi produse de găuri negre cu masa potrivită pentru a fi găuri negre primordiale.
O teorie alternativă este aceea că găurile negre primordiale ar putea fi minuscule. Chiar dacă găurile negre se evaporă, ar putea exista o limită a mărimii acestora, adică atunci când o gaură neagră atinge o anumită masă, evaporarea se oprește, iar gaura neagră rămâne foarte mică. Dacă așa stau lucrurile, atunci găurile negre ar putea explica materia întunecată, deși într-un mod diferit, iar căutarea lor ar fi mult mai dificilă.
Poate că astronomii vor putea detecta găuri negre în curs de evaporare, care emit particule încărcate energetic și, implicit, raze gamma. Dacă găurile negre dispar până la urmă, ele ar putea muri sub forma unei explozii intense de raze gamma (echivalentul unui milion de bombe de hidrogen de o megatonă).
Semințe supermasive
Chiar dacă nu pot explica materia întunecată, găurile negre primordiale ar putea explica o altă problemă a astrofizicii. Găurile negre primordiale mai mari decât cele necesare explicării materiei întunecate ar putea explica găurile negre supermasive existente în centrele galaxiilor masive. Aceste găuri negre, cu masa de milioane sau miliarde de mase solare, nu pot fi create de explozia unei singure stele. De fapt, astronomii nu știu cum s-au format aceste găuri negre; poate că ele au rezultat din găuri negre primordiale, care au existat încă din prima secundă a universului și au servit ca semințe pentru găurile negre supermasive.
Totuși, această posibilitate este puțin probabilă, deoarece găurile negre supermasive ar fi trebuit să se formeze în prima secundă a universului. Chiar dacă s-ar fi format la limita acestei secunde, ele ar fi avut doar 100.000 de mase solare, deci mult sub mărimea găurilor negre supermasive.
Indiferent de unde și cum ar fi descoperite, găurile negre primordiale ar putea spune astronomilor multe lucruri despre universul în care trăim. În funcție de masa lor, ele ar putea servi ca mijloace de studiere a evoluției galaxiilor, a fizicii particulelor de energie înaltă și chiar a primei secunde de după Big Bang. Mai rămâne doar ca astronomii să le descopere.
Sursa: Astronomy.com