Tajné úkryty temné hmoty: Číhají poblíž Země primordiální černé díry?

Prvotní (primordiální) černé díry by mohly změnit naše chápání temné hmoty. Vědci naznačují, že tyto nepolapitelné vesmírné jevy by se mohly skrývat v dutých asteroidech, které lze detekovat jednoduchými a nákladově efektivními metodami.

Jsou primordiální černé díry skutečné? Předpokládá se, že tyto nepolapitelné objekty vznikly během chaotických raných okamžiků vesmíru, krátce po Velkém třesku, za podmínek značně odlišných od těch, které pozorujeme dnes. Poprvé byly navrženy v 60. letech 20. století a kvůli nedostatku přímých důkazů zůstávají fascinující, ale neprokázanou myšlenkou. Pokud skutečně existují, nový výzkum naznačuje, že by se mohly skrývat na místech tak nečekaných, že je tam vědci dosud nehledali.

Povaha a vznik prvotních černých děr
Na rozdíl od černých děr, které vznikají kolapsem masivních hvězd na konci jejich života, primordiální černé díry (PBH) podle teorie vznikaly v důsledku extrémních fluktuací hustoty subatomární hmoty v počátcích vesmíru. Tyto kompaktní oblasti se mohly zhroutit přímo do černých děr a potenciálně přispívat k tvorbě záhadné látky, kterou nazýváme temná hmota, nebo ji dokonce zcela tvořit. Navzdory zajímavému teoretickému základu nebyly PBH nikdy pozorovány, takže jejich existence je zatím čistě spekulativní.

Nové přístupy ve výzkumu černých děr
Nový výzkum publikovaný v časopise Physics of the Dark Universe naznačuje, že vědci nehledají na správných místech. Článek nese název „Hledání malých prvotních černých děr v planetách, asteroidech a zde na Zemi“. Spoluautory jsou De-Chang Dai a Dejan Stojkovic z Case Western Reserve University, respektive State University of New York. Autoři tvrdí, že důkazy o existenci PBH lze nalézt v objektech tak velkých, jako jsou duté asteroidy, a v objektech tak malých, jako jsou kameny zde na Zemi.

Netradiční metody detekce
„Malé primordiální černé díry by mohly být zachyceny kamennými planetami nebo asteroidy, pohltit jejich kapalná jádra zevnitř a zanechat duté struktury,“ píší autoři. „Alternativně může rychlá černá díra při průchodu pevným objektem v něm zanechat úzký tunel. Takové mikrotunely bychom mohli hledat zde na Zemi ve velmi starých horninách,“ tvrdí autoři a vysvětlují, že hledání by nevyžadovalo specializované a drahé vybavení.

Někteří autoři se ve své práci opírají o výzkumy, které naznačují, že hmotnosti PBH mezi 10^16 a 10^10 hmotností Slunce by mohly být kandidáty na temnou hmotu. Tyto PBH by mohly být zachyceny hvězdami nebo uvězněny v jejich nitru při jejich vzniku. PBH by pomalu spotřebovávaly plyn uvnitř hvězd.

De-Chang Dai a Dejan Stojkovic se však vydávají jiným směrem. „Tuto myšlenku rozšiřujeme na planety a asteroidy, u nichž lze rovněž očekávat, že budou hostit PBH,“ píší a vysvětlují, že PBH by mohly být těmito objekty zachyceny buď během jejich vzniku, nebo po jejich vzniku. Po vstupu do skalnatého tělesa by PBH pohltila kapalné jádro, vyhloubila by ho a zanechala prázdné.

„Pokud má objekt kapalné centrální jádro, pak zachycená PBH může absorbovat kapalné jádro, jehož hustota je vyšší než hustota vnější pevné vrstvy,“ uvádí Stojkovic.

Publikovaný obrázek ilustruje, co se může stát, když se PBH nachází uvnitř skalnatého tělesa. (A) Kolem malé primordiální černé díry se vytvoří planeta (případně planeta zachytí černou díru ve svém středu). (B) Centrální jádro je pomalu pohlcováno černou dírou. Pokud má vnější slupka dostatečně silnou pevnost v tlaku, pak se slupka dokáže sama udržet, což vede ke vzniku dutého objektu. (C) Pokud se kapalné jádro stane pevným dříve, než je zcela pohlceno černou dírou, bude mezi vnější vrstvou a centrálním jádrem existovat prázdná slupka.

Pokud dojde k nárazu asteroidu nebo jiného tělesa, může PBH uniknout a zanechat za sebou pouze dutou schránku, která by mohla být detekovatelná. „Pokud je hustota tělesa vzhledem k jeho velikosti příliš nízká, je to dobrá známka toho, že je duté,“ řekl Stojkovic. K odhalení dutosti stačí studovat dráhu objektu pomocí dalekohledu.

Potenciál pro objevování PBH

Další možností, kterou autoři představují, jsou rychle se pohybující drobné PBH, které zanechávají v objektech mikroskopické tunely. „Protože průřez malých PHB je velmi malý, dostatečně rychlá PBH po průchodu asteroidem s největší pravděpodobností vytvoří přímý tunel,“ vysvětlují autoři. V takovém případě by přímý tunel procházející asteroidem mohl být důkazem existence PBH. Ty mohou také zanechávat mikroskopické tunely v horninách a jiných objektech na Zemi. „Stejný efekt by mohl umožnit detekci PBH zde na Zemi, pokud bychom hledali náhlý výskyt úzkých tunelů v kovových deskách,“ píší autoři.

Přehodnocení detekčních strategií
Co je na těchto předpokládaných PBH odlišné, je detekce. V jiných scénářích jsou k jejich detekci zapotřebí vesmírné teleskopy, observatoře gravitačních vln nebo dokonce sledování vzdálených kvazarů v mikrovlnném pásmu. V této práci je však detekce potenciálně mnohem levnější a jednodušší.

„Šance na nalezení těchto signatur je malá, ale jejich hledání by nevyžadovalo mnoho prostředků a potenciální výhra, první důkaz existence prvotní černé díry, by byla obrovská,“ řekl Stojkovic. „Musíme přemýšlet jinak, protože to, co se dělalo pro nalezení primordiálních černých děr dříve, nefungovalo.“

„Ačkoliv náš odhad udává velmi malou pravděpodobnost nalezení takových tunelů, jejich hledání nevyžaduje nákladné vybavení a dlouhou přípravu a výtěžek může být značný,“ vysvětlují autoři. „Musíte se podívat na poměr nákladů a přínosů. Stojí to hodně? Ne, nestojí,“ uvedl Stojkovic v tiskové zprávě.

Zdroj: https://scitechdaily.com/dark-matters-secret-hideouts-are-primordial-black-holes-lurking-nearby/

autor: František Martinek