Czarnych dziur i ciemnej materii nie da się zobaczyć. Może to jedno i to samo zjawisko
Problem z czarnymi dziurami jest taki, że są… cóż, czarne. Możemy je odkrywać analizując ich oddziaływanie grawitacyjne na materię znajdującą się w ich otoczeniu. Z ciemną materią problem jest mniej więcej taki sam – nie da się jej zobaczyć, nie udaje się jej zarejestrować, ale widzimy jej wpływ grawitacyjny na otoczenie. Naukowcy ponownie zaczynają się zastanawiać czy to przypadkiem nie to samo.
Do 2015 r. astronomowie odkrywali czarne dziury dwóch rodzajów: czarne dziury o masie gwiazdowej, których masa sięgała maksymalnie 20 mas Słońca oraz supermasywne czarne dziury o masie milionów i miliardów mas Słońca. Między nimi uparcie występowała luka. Otóż naukowcy nie znajdowali żadnych czarnych dziur o masie znajdującej się w przedziale od 20 mas Słońca do supermasywnych czarnych dziur.
W 2015 r. tuż po uruchomieniu detektora fal grawitacyjnych LIGO udało się za jego pomocą zarejestrować zderzenie czarnych dziur o masie 30 mas Słońca, a więc znacząco większych od dotychczasowych czarnych dziur o masie gwiazdowej. Okazało się, że sam fakt, że ich nie rejestrowano nie oznaczał, że ich nie ma.
Takie odkrycie choć pozornie niezbyt wyjątkowe niesie jednak za sobą poważne wnioski. Jeżeli będziemy znajdować czarne dziury o masie większej od dotychczasowych czarnych dziur o masie gwiazdowej, to będziemy potrzebowali nowego mechanizmu ich powstawania. Tutaj można z kolei przywołać teorię mówiącą o tym, że czarne dziury mogły powstać już w Wielkim Wybuchu.
Te tak zwane pierwotne czarne dziury wciąż mogłyby znajdować się w przestrzeni kosmicznej jeszcze dzisiaj. Od początku wszechświata mogłyby one ze sobą łączyć się w pary obiektów, które stopniowo po spirali opadają ku sobie, z czasem łącząc się w większe czarne dziury, emitując przy tym fale grawitacyjne.
Może to ciemna materia?
Niemal pół wieku temu kosmologowie Stephen Hawking i Bernard Carr w jednej ze swoich prac zaproponowali teorię, według której tuż po Wielkim Wybuchu niejednorodność materii we wszechświecie mogła doprowadzić do powstania szczególnie gęstych obszarów, które pod wpływem swojej masy zapadały się w czarne dziury.
Najnowsze obliczenia wykonane przez Karsten Jedamzik z Uniwersytetu w Montpellier wskazują, że owe pierwotne czarne dziury z czasem przemieszczały się do ciemnych gromad o średnicy nawet kilku lat świetlnych. Jeżeli faktycznie one istnieją, to w każdej takiej gromadzie może znajdować się nawet tysiąc czarnych dziur. W samym centrum gromady mogą znajdować się masywne czarne dziury o masie 30 mas Słońca, a mniejsze wypełniają pozostałą przestrzeń w gromadzie.
Gdzie można znaleźć takie ciemne gromady czarnych dziur? Badacze podejrzewają, że takie obiekty mogą znajdować się… tam gdzie zakładamy istnienie ogromnych skupisk ciemnej materii. Być może właśnie to pierwotne czarne dziury wywierają taki wpływ na otoczenie jaki przypisujemy czarnym dziurom. Czarne dziury tworzące gromady okrążałyby centrum gromady niczym gwiazdy okrążają centrum galaktyki, dzięki czemu utrzymywałyby odpowiednią odległość od siebie. Tylko od czasu do czasu dochodziłoby w takiej gromadzie do zderzeń, które obserwujemy teraz za pomocą detektorów fal grawitacyjnych.
Oczywiście do przekonania środowiska naukowego do tej teorii jeszcze daleka droga, wszak od dziesięcioleci trwają poszukiwania ciemnej materii, która zbudowana by była z cząstek elementarnych, których jak dotąd nie udało się odkryć.
Za i przeciw
Dyskusja nad tą dość oryginalną i wywrotową teorią zmieniłaby się gdyby w końcu astronomom udało się dostrzec czarną dziurę o masie mniejszej od masy Słońca. Taki obiekt nie mógłby powstać w eksplozji masywnej gwiazdy, a więc musiałby być faktycznie pierwotną czarną dziurą. Jak na razie takich obiektów nie udało się odkryć. Mimo to, czułość detektorów fal grawitacyjnych bezustannie rośnie (aktualnie LIGO także przechodzi modernizację) więc w najbliższych latach będziemy mieli możliwość odkrycia właśnie takich obiektów, oczywiście o ile w ogóle istnieją.
Poważnym argumentem przeciwko teorii są natomiast wyniki obserwacji zjawisk mikrosoczewkowania. W ramach wielu przeglądów nieba astronomowie obserwują jasne obiekty nocnego nieba, próbując zarejestrować niewielkie wzrosty jasności tych obiektów, gdy między nimi a nami przechodzą masywne obiekty kompaktowe, takie jak czarne dziury. Jak na razie nic nie wskazuje na to, aby przestrzeń była usiana czarnymi dziurami. Tutaj jednak należy podkreślić, że jeżeli faktycznie czarne dziury grupują się w opisane powyżej gromady, to może faktycznie nie są tak równomiernie rozłożone po wszechświecie, a tym samym trudniej je uchwycić za pomocą metody mikrosoczewkowania.
Niedawno astronomom udało się zarejestrować zderzenie dwóch czarnych dziur o masach 66 i 85 mas Słońca. Po zderzeniu powstała czarna dziura o masie 142 mas Słońca czyli już tak zwana czarna dziura o masie pośredniej. To pierwszy obiekt tego typu jaki dało się odkryć. Tak masywne czarne dziury do niedawna skutecznie unikały wykrycia, a mimo to okazało się, że istnieją. Oznacza to, że za jakiś czas, gdy czułość naszych instrumentów obserwacyjnych wzrośnie może czekać nas zwrot w kierunku teorii, w której ciemna materia składa się po prostu z czarnych dziur.
Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News.
