Czarne dziury powstały w ułamek sekundy. Nowa teoria zmienia wszystko
Badacze sugerują, że czarne dziury i egzotyczne gwiazdy mogły powstać w mikrosekundy po narodzinach Wszechświata.
Zanim we Wszechświecie powstały pierwsze atomy, mogły już istnieć czarne dziury. Według nowej teorii zaledwie ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu powstały egzotyczne struktury, czyli pierwotne czarne dziury, gwiazdy bosonowe i tzw. gwiazdy kanibale. To radykalnie zmienia nasze rozumienie początku kosmicznej historii.
Utracony rozdział narodzin kosmosu
Kosmologia coraz dokładniej opisuje to, co działo się w pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu. Znamy przebieg inflacji, czyli gwałtownego rozszerzenia przestrzeni oraz etap, gdy tworzyły się pierwsze jądra atomowe wodoru i helu. Ale pomiędzy tymi wydarzeniami istnieje ciemna plama: niewyjaśniony przedział czasowy trwający zaledwie sekundy.
Jak sugeruje nowa teoria, to właśnie na tym etapie mogła nastąpić tzw. wczesna epoka zdominowana przez materię (EMDE). To krótkie okno czasowe, w którym zwykła materia dominowała nad promieniowaniem. W jego trakcie miało dojść do kondensacji cząstek w gęste halo, które pod wpływem własnej grawitacji zapadały się, tworząc pierwotne czarne dziury i inne obiekty.
Gwiazdy, które pożerają same siebie
Wśród kosmicznych struktur, które mogły wtedy powstać, szczególne miejsce zajmują gwiazdy kanibale, czyli hipotetyczne obiekty, których źródłem energii nie jest synteza jądrowa, lecz samozniszczenie cząstek. W tych gwiazdach nie dochodzi do spalania wodoru jak w Słońcu, ale do anihilacji cząstek ciemnej materii, co prowadzi do ich świecenia.
Zdaniem badaczy równolegle mogły pojawić się gwiazdy bosonowe, czyli obiekty utrzymywane nie ciśnieniem gazu, lecz kwantowymi właściwościami cząstek, które nie pozwalają im się zapadać. Choć ich istnienie byłoby krótkie, niektóre mogły ostatecznie przekształcić się w czarne dziury. Inne mogły ulec natychmiastowemu kolapsowi już w fazie halo.
Czarna dziura zamiast atomu
Nowe obliczenia wskazują, że niektóre halo materii mogły prowadzić do tworzenia PBH o masach mniejszych niż 10²⁸ g. To zaledwie ułamek masy asteroidy. To oznacza, że czarne dziury mogły istnieć na długo przed tym, zanim we Wszechświecie powstały atomy, a niektóre z nich mogły nawet natychmiast wyparować w procesie znanym jako parowanie Hawkinga, zanim rozpoczęła się nukleosynteza.
Z drugiej jednak strony niektóre czarne dziury mogły przetrwać i przekształcić się w ciemną materię – niewidzialną substancję, która dominuje we Wszechświecie. Według autorów modelu, PBH o masie zbliżonej do masy asteroid mogą stanowić całość lub większość ciemnej materii, co rzuca zupełnie nowe światło na jej pochodzenie.
Czas na ciemną stronę astrofizyki
Choć opisywane scenariusze są jedynie teoretyczne, autorzy podkreślają, że ich model jest zgodny z obecnymi ograniczeniami obserwacyjnymi. Wskazują również, że podobne procesy mogą zachodzić nawet dziś – w strukturach tworzonych z ciemnej materii, która ulega kolapsowi grawitacyjnemu.
Przeczytaj także:
To otwiera fascynującą możliwość badania gwiazd kanibali i bosonowych w dzisiejszym Wszechświecie, np. w galaktycznych halo. Co więcej, ten prosty model cząstek pozwala analizować zjawiska, które zwykle wymagają skomplikowanych symulacji. Jedno jest pewne – nowe spojrzenie na narodziny czarnych dziur może zrewolucjonizować nasze rozumienie początków kosmosu, a także wskazać drogę do odkrycia prawdziwej natury ciemnej materii, czyli jednej z największych zagadek współczesnej fizyki.
