|
Первые черные дыры могут скрываться в планетах и астероидах
|
|
|
|
Малые первичные черные дыры (PBH) - одна из актуальных тем в современной астрономии и космологии. Считается, что эти гипотетические черные дыры образовались вскоре после Большого взрыва в результате скопления субатомной материи, настолько плотной, что она подверглась гравитационному коллапсу.
|
|
|
|
В настоящее время PBH считаются кандидатами на роль темной материи, возможным источником первичных гравитационных волн и решением различных проблем в физике. Однако до сих пор не было обнаружено ни одного конкретного кандидата на роль PBH, что привело к предположениям о том, как мы можем найти эти миниатюрные черные дыры.
|
|
|
|
Недавние исследования показали, что нейтронные звезды главной последовательности и звезды-карлики могут содержать в своих недрах небольшие PBH, которые медленно расходуют свой газ. В недавнем исследовании группа физиков расширила эту идею, включив в нее новый способ потенциального обнаружения PBH.
|
|
|
|
В принципе, мы могли бы искать внутри таких объектов, как планеты и астероиды, или использовать большие пластины или слябы металла для обнаружения следов их прохождения. Обнаружив микроканалы, которые оставляли эти тела, ученые могли бы, наконец, подтвердить существование PBH и пролить свет на некоторые из величайших загадок современной космологии.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование было проведено Де-Чанг Дай, физиком из Национального университета Донг Хва на Тайване и Центра образования и исследований в области космологии и астрофизики (CERCA) при Университете Кейс Вестерн Резерв, и Деяном Стойковичем, физиком из группы физики высоких энергий и космологии Государственного университета Нью-Йорка в Буффало.. Статья, в которой подробно излагаются их выводы, была недавно опубликована на сервере препринтов arXiv и принята к публикации в журнале Physics of the Dark Universe.
|
|
|
|
Ученые были очарованы PBH на протяжении десятилетий, с тех пор как российские ученые Игорь Дмитриевич Новиков и Яков Зельдович предсказали их существование в 1966 году. Они также представляли интерес для Стивена Хокинга, чья работа над PBHs привела к его прорывному открытию в 1974 году, что черные дыры могут испаряться с течением времени. В то время как для испарения более крупных и промежуточных черных дыр потребовалось бы больше времени, чем при нынешнем возрасте Вселенной (около 13,8 миллиардов лет), более мелкие черные дыры, возможно, уже испарились или находятся в процессе испарения.
|
|
|
|
Однако в последние годы интерес к PBH возродился, поскольку они являются кандидатами на роль темной материи, источником первичных гравитационных волн (GW) и многого другого. Как и темная материя, их существование может помочь разрешить некоторые основные космологические загадки, но подтвержденных наблюдений пока не проводилось. Как сообщили Universe Today Де-Чанг и Стойкович по электронной почте, именно это побудило их предложить новые методы обнаружения:
|
|
|
|
"Если астероид, или луна, или небольшая планета (планетоид) имеют жидкое ядро, окруженное твердой корой, то небольшой объем PBH поглотит плотное жидкое ядро относительно быстро (в течение недель или месяцев). Земная кора останется нетронутой, если материал достаточно прочен, чтобы выдерживать гравитационное воздействие. Таким образом, в итоге мы получим полую структуру. Если центральная черная дыра будет выброшена (из-за столкновений с другими объектами), ее плотность будет ниже, чем обычная плотность каменистого объекта с жидким ядром."
|
|
|
|
Кроме того, Де-Чанг и Стойкович рассчитали гравитационное напряжение, которое могут создавать небольшие PBH. Затем они сравнили это с прочностью на сжатие материалов, из которых состоит кора планеты, таких как силикатные минералы (горные породы), железо и другие элементы. Они также рассмотрели самые прочные промышленные материалы, такие как многослойные углеродные нанотрубки. "Мы обнаружили, например, что гранит может поддерживать полые конструкции радиусом до 1/10 радиуса Земли", - сказал Стойкович. "Вот почему мы должны сосредоточиться на планетоидах, лунах или астероидах".
|
|
|
|
Эти расчеты дают возможность найти свидетельства существования PBH в космосе и здесь, на Земле. Возможные планетоиды, спутники или астероиды-кандидаты могут быть обнаружены в нашей Солнечной системе путем наблюдения за их массой и радиусом, что позволит оценить их плотность. Это позволило бы астрономам выявлять потенциально полые объекты для последующих исследований с помощью зондов, спускаемых аппаратов и других роботизированных космических миссий. В качестве альтернативы, они рекомендуют использовать датчики для поиска PBH, обнаруживая их прохождение. Сказал Стойкович:
|
|
|
|
"Если небольшая частица PBH пройдет сквозь какой-либо твердый материал, она оставит прямой длинный туннель радиусом, сравнимым с радиусом PBH. Например, частица PBH массой 1023 г должна оставить туннель радиусом 0,1 микрона. [Энергии], которыми могут обладать такие PBH, значительны, но [энергии], которые они вносят в материал, очень малы. На самом деле, такой PBH может даже проходить через человеческое тело, и мы этого даже не заметим, потому что ткани человеческого тела имеют очень низкое натяжение".
|
|
|
|
Таким образом, ученые могут сканировать микротуннели в обычных материалах, которые мы находим повсюду (например, в стекле или камнях). В то же время, по словам Де-Чанга и Стойковича, для этой цели можно было бы изготовить большие пластины из полированного металла. Подобно обнаружению нейтрино, эти пластины необходимо было бы изолировать, чтобы можно было зафиксировать любое внезапное изменение их свойств.
|
|
|
|
"Ожидаемый поток этих PBH очень мал, и мы можем в конечном итоге ничего не найти, но возможная отдача от поиска PBH будет огромной, тем более что такие эксперименты будут очень дешевыми", - сказал Стойкович.
|
|
|
|
Как добавил Де-Чанг, в последние годы было высказано предположение, что некоторые первичные черные дыры могут быть скрыты в звездах. Стивен Хокинг однажды высказал идею, которая легла в основу двух исследований, одно из которых было опубликовано в 2019 году, а другое - в прошлом году.
|
|
|
|
"Также предполагается, что первичные черные дыры могут излучать гамма-лучи. Сильные гамма-лучи в гало темной материи Млечного Пути могут быть хорошим свидетельством существования первичных черных дыр", - сказал Де-Чанг. "Гравитационное микролинзирование может стать еще одним способом идентификации первичных черных дыр".
|
|
|
|
Источник
|
