Článek
Má to však několik háčků, které souvisejí s některými důležitými otázkami fundamentální teoretické fyziky a kosmologie. Na druhou stranu, pokud bychom podobné záblesky skutečně „viděli“, zároveň bychom tyto otázky vyřešili a posunuli fyziku o velký kus dopředu.
A to vědce pochopitelně láká, jak nedávno informoval portál Space.com.
Primordiální černé díry
Primordiální černé díry (PČD) jsou hypotetické černé díry, které se mohly vytvořit v raném vesmíru velmi krátce (typicky do jedné sekundy) po velkém třesku před 13,8 miliardami let, tedy dávno před vznikem hvězd. Na rozdíl od „normálních“, např. stelárních černých děr, které vznikají kolapsem masivních hvězd či jiných masivních objektů během jejich vývoje, mohly PČD vzniknout z náhodných větších „zhuštěnin“ v rané plazmě kosmu, kdy byl vesmír ještě ultrahustý a ultrahorký.
Jejich velikost by se mohla pohybovat od mikroskopických až po velmi obrovské, přičemž by mohly zčásti vysvětlit (pokud by přežily do dnešní doby), z čeho se skládá temná nebo velmi slabě svítící hmota, případně objasnit jiné vesmírné jevy.
Avšak PČD zatím nebyly přímo pozorovány. Na rozdíl od hvězdných černých děr, jejichž hmotnost je zhruba dána, by mohly mít primordiální černé díry téměř jakoukoli hmotnost. Ty menší se podle webu Tech Explorist kvůli jevu zvanému Hawkingovo záření již nejspíše vypařily, ale ty s hmotností větší než asteroid či ještě větší by mohly existovat dodnes.
Hawkingovo záření a vypařování nenabitých děr
U každé černé díry se těsně pod jejím horizontem událostí (neviditelná hranice, zpod které nemůže nic – dokonce ani světlo – uniknout) produkuje slabé elektromagnetické záření, které částečně odchází ven a které vzniká mechanismem, popsaným kvantovou fyzikou. Díky tomu černá díra přichází postupně jak o energii, tak i o svou hmotnost. Každá černá díra se tedy v jisté míře pomalu zmenšuje a jakoby „vypařuje“, což odpovídá ekvivalentu jakési její „povrchové teploty“.
Toto záření poprvé teoreticky předpověděl a spočítal britský fyzik Stephen Hawking v roce 1974 – proto se jmenuje po něm, tedy Hawkingovo záření. Čím je černá díra těžší, tím je její teplota nižší, typická vlnová délka Hawkingova záření delší, zářivý výkon menší a naopak. Tedy malé a lehké černé díry září víc a zmenšují (vypařují) se rychleji než velké.
Jak se tedy PČD vypařují, stávají se podle portálu ScienceDaily stále lehčími a teplejšími, vyzařují stále více fotonů v nezastavitelně akcelerujícím procesu, a to až do závěrečné a velmi krátké exploze. U většiny „normálních“ černých děr je však rychlost jejich vypařování velmi malá a nehraje to u nich takovou roli jako u PČD, což vede k životnostem delším, než činí stáří vesmíru.
Na konci své životnosti už notně zmenšená černá díra tedy velmi rychle exploduje krátkým a vydatným zábleskem krátkovlnného čili vysokoenergetického gama záření a nezbyde z ní nic. Doba životnosti elektricky neutrálních černých děr je úměrná třetí mocnině její počáteční hmotnosti, takže např. 10krát hmotnější černá díra žije 1000krát déle.
Většina primordiálních černých děr by však byla spíše poměrně malá, a proto patrně už zanikly. Pouze malý počet některých větších mohl přežít dodnes. Z toho ovšem plyne, že i podobných pro nás viditelných explozí záření gama bude dnes poměrně málo, a pravděpodobnost, že bychom je mohli pozorovat, bude také poměrně malá. Ostatně zatím žádná naše observatoř nikdy přímo nepozorovala explozivní zánik PČD.
Současné observatoře gama záření by ale měly být schopny v principu spatřit podobnou finální explozi primordiální černé díry, pokud by se PČD nacházela ve vzdálenosti do asi 0,3 světelného roku.
„Víme, jak toto Hawkingovo záření pozorovat,“ uvedl Joaquim Iguaz Juan, postdoktorandský výzkumník fyziky na UMass Amherst. „Navíc jediné černé díry, které mohou explodovat dnes nebo v blízké budoucnosti, jsou právě PČD, takže víme, že pokud uvidíme Hawkingovo záření, jde o explodující PČD.“
Avšak kvůli dříve předpokládanému nedostatku do současnosti „přeživších“ primordiálních černých děr by se detekovatelné události tohoto typu měly odehrát jen asi jednou za zhruba 100 000 let.
Šance 90 % v příštích 10 letech?
Jenže Michael Baker a jeho kolegové z University of Massachusetts v Amherstu navrhli, že některé fyzikální teorie přesahující standardní modely částic, pokud by byly správné, by mohly vést ke vzniku mnohem větší populace takových PČD v současnosti, jak informoval web Americké fyzikální společnosti.
Z jejich návrhu podle studie v odborném časopise Physical Review Letters, publikované minulý měsíc, vyplývá, že pak možná existuje až 90procentní šance na pozorování explodující primordiální černé díry v našem okolí v příštích deseti letech.
Jejich modely vycházejí v první řadě z toho, že elektricky nabité černé díry žijí déle, jejich náboj totiž snižuje úroveň Hawkingova záření, a tedy rychlost jejich vypařování. Navrhli, jak upozornil vědecký portál Phys.org, dokonce specifické teoretické modely, předpokládající existenci černých děr vytvořených z „elektricky nabitých“ částic temné hmoty: tzv. temných elektronů a temných fotonů.
Temný elektron by měl být mnohem těžší než obyčejný elektron. S částicemi nám viditelného vesmíru by přitom interagoval jinak než prostřednictvím gravitace - spíše velmi slabě a nepřímo.