Atunci când astrofizicienii observă cosmosul, ei văd diferite tipuri de găuri negre, de la uriașele găuri negre supermasive cu masa a miliarde de sori până la găurile negre de masă stelară. Însă ar putea exista și o altă clasă de astfel de obiecte: găurile negre primordiale. Dacă aceste există cu adevărat, atunci Telescopul Nancy Grace Roman ar trebui să le poată detecta.
Găurile negre de masă stelară se formează atunci când stelele explodează sub formă de supernove. Ele se măresc în decursul timpului prin contopirea cu alte găuri negre. În ceea ce privește găurile negre de masă intermediară, nu este clar modul de formare a acestora, dar ar putea implica fuzionarea mai multor găuri negre de masă stelară sau coliziuni stelare multiple într-un roi de stele dens.
Pe de altă parte, găurile negre primordiale, dacă există în realitate, nu au avut la dispoziție niciunul dintre aceste mecanisme atunci când s-au format. De aceea, ele sunt doar teoretice și nimeni nu știe dacă există sau nu în realitate. Niciun proces fizic cunoscut de noi nu le poate forma. Însă universul era foarte diferit la începuturile sale.
Un nou studiu al cercetătorilor de la Universitatea din Santa Cruz, California (S.U.A.), publicat în Physical Reviews D, arată că Telescopul Nancy Grace Roman ar putea detecta aceste obiecte primordiale cu masa asemănătoare cu cea a Pământului.
„Detectarea unor găuri negre primordiale ar fi un incredibil pas înainte pentru astronomie și fizica particulelor, deoarece aceste obiecte nu se pot forma prin niciun proces fizic cunoscut. Dacă le vom descoperi, atunci domeniul fizicii teoretice va fi zguduit.” – William DeRocco, autorul principal al studiului
În universul de astăzi, doar stele de cel puțin opt mase solare pot deveni găuri negre. Stelele cu masa mai mică devin stele neutronice sau pitice albe. (Soarele va deveni o pitică albă.)
Însă lucrurile erau foarte diferite la începutul universului. În perioada de inflație rapidă, spațiul s-a extins cu o viteză mai mare decât viteza luminii. În astfel de condiții neobișnuite, zonele dense ar fi putut intra în colaps pentru a forma găuri negre primordiale. Scara acestor obiecte este remarcabil de mică. Ele ar fi de mărimea Pământului sau mai mici și ar avea un orizont al evenimentelor de mărimea unei monede.
Cele mai mici dintre găurile negre primordiale ar fi dispărut prin evaporare, dar cele de mărimea Pământului ar fi putut supraviețui până astăzi. Chiar dacă sunt teoretice, există câteva indicii care sugerează prezența lor. Aceste indicii sunt legate de fenomenul de microlentilă gravitațională.
Două programe au studiat obiectele din univers cu ajutorul fenomenului de microlentilă gravitațională: Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) și Microlensing Observations in Astrophysics (MOA). OGLE a descoperit în spațiu 17 obiecte izolate de mărimea Pământului, iar aceste obiecte ar putea fi găuri negre primordiale sau planete solitare. Din nefericire, este foarte dificilă diferențierea celor două tipuri de obiecte la nivel individual. Însă, deoarece teoria prezice masele și abundența planetelor solitare, ar putea exista o modalitate prin care Telescopul Nancy Grace Roman să facă această diferență.
Telescopul Nancy Grace Roman ar putea face diferența
Ideea din spatele acestei teorii este aceea că diferența dintre găurile negre primordiale și planetele solitare nu poate fi făcută la nivel individual, de la un obiect la altul, dar aceste două clase de obiecte pot fi diferențiate după distribuția lor statistică.
Dacă Telescopul Nancy Grace Roman ar confirma existența găurilor negre primordiale, atunci acel moment ar fi definitoriu în istoria astronomiei. Descoperirea ar fi o dovadă solidă în favoare perioadei de inflație rapidă de la începuturile universului, o epocă nedovedită până acum.
În plus, aceste găuri negre primordiale ar putea cuprinde o parte din materia întunecată – un procent redus, dar o îmbunătățire masivă a cunoștințelor noastre în acest domeniu. Natura materiei întunecate rămâne unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii fundamentale. Chiar dacă există numeroase dovezi ale existenței acesteia, structura sa microfizică rămâne o necunoscută.
Programul „Roman Galactic Bulge Time Domain Survey” va analiza sute de evenimente de microlentilă gravitațională, ceea ce va permite o caracterizare statistică solidă a acestora.
Sursa: Universe Today