Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί από μαύρες τρύπες από την απαρχή του χρόνου

Η σκοτεινή ύλη, η μυστηριώδης ουσία που ασκεί βαρυτική έλξη αλλά δεν εκπέμπει φως, μπορεί να αποτελείται από τεράστιες αρχέγονες μαύρες τρύπες που δημιουργήθηκαν στην αρχή του σύμπαντος, σύμφωνα με νέα ανάλυση των κυματισμών στον χωροχρόνο.

Αυτό το συμπέρασμα προέρχεται από μια ανάλυση των βαρυτικών κυμάτων, ή των κυματισμών στο χωρόχρονο, που παράγονται από δύο μακρινές συγκρούσεις μεταξύ μαύρων οπών και αστέρων νετρονίων.

Τα βαρυτικά σήματα GW190425 και GW190814 – εντοπίστηκαν το 2019 από το Παρατηρητήριο Βαρύτητας-Κύματος Laser Interferometer (LIGO) στην Ουάσιγκτον και τη Λουϊζιάνα, και το Interferometer Virgo κοντά στην Πίζα της Ιταλίας. Μια προηγούμενη ανάλυση έδειξε ότι τα σήματα αυτά δημιουργήθηκαν από συγκρούσεις μεταξύ μαύρων οπών των οποίων η μάζα ήταν από 1,7 έως 2,6 φορές όσο του Ήλιου, και ένα μικρότερο αστέρι νετρονίων ή μια πολύ μεγαλύτερη μαύρη τρύπα. Όμως, αυτό θα σήμαινε ότι ένα από τα αντικείμενα σε κάθε σύγκρουση, θα μετατρεπόταν σε μαύρη τρύπα με μάζα παρόμοια με του Ήλιου.

«Οι μαύρες τρύπες που έχουν παρόμοια μάζα με του Ήλιου, είναι αρκετά μυστηριώδεις, καθώς δεν θα έπρεπε να υπάρχουν σύμφωνα με τη συμβατική αστροφυσική, όπως και οι εκρήξεις αστεριών ή των σουπερνόβα που συντρίβουν μεγαλύτερα αστέρια μετατρέποντάς τα σε μαύρες τρύπες», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Volodymyr Takhistov του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια.

Οι συγγραφείς εκτιμούν ότι οι συγκεκριμένες μαύρες τρύπες μπορεί να είναι «αρχέγονες» οι οποίες δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang). Ή μπορεί να σχηματίστηκαν αργότερα όταν τα αστέρια νετρονίων μετατράπηκαν σε μαύρες τρύπες – είτε μετά την «κατάποση» αρχέγονων μαύρων οπών, είτε μετά την απορρόφηση ορισμένων τύπων σκοτεινής ύλης, δήλωσε ο Takhistov.

Αρχέγονες μαύρες τρύπες

Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες, εάν υπάρχουν, πιθανότατα δημιουργήθηκαν στο πρώτο δευτερόλεπτο της Μεγάλης Έκρηξης πριν από περίπου 13,77 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι επιστήμονες λένε ότι πιθανόν να είχαν διάφορα μεγέθη – το μικρότερο θα ήταν μικροσκοπικό ενώ η μάζα του μεγαλύτερου, θα ήταν δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.

Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι το μικρότερο θα είχε «εξατμιστεί» μέχρι τώρα, εκπέμποντας κβαντικά σωματίδια μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ακτινοβολία Hawking. Έτσι, μόνο οι αρχέγονες μαύρες τρύπες με μάζες μεγαλύτερες από 10 ^ 11 κιλά – όσο δηλαδή και η μάζα ενός μικρού αστεροειδούς – θα εξακολουθούσαν να υπάρχουν μέχρι σήμερα.

Αν υπήρχαν αυτές οι αρχαίες μαύρες τρύπες θα αποτελούσαν τα τεράστια φωτοστέφανα της «σκοτεινής ύλης» που περιβάλλουν τους γαλαξίες, ισχυρίζονται ορισμένοι αστροφυσικοί.

Οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι τα αστέρια των οποίων η μάζα είναι περίπου πέντε φορές μικρότερη από του Ήλιου, καταρρέουν και αφήνουν πίσω τους έναν αστέρα νετρονίων με εξαιρετικά πυκνή ύλη, ισοδύναμη με την ηλιακή μάζα, η οποία περικλείεται μέσα σε μια μπάλα που έχει το μέγεθος μιας πόλης, αναφέρει το Live Science.

Σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία, η έντονη βαρύτητα ορισμένων αστέρων νετρονίων θα προσέλκυε συνεχώς σωματίδια σκοτεινής ύλης. Στο τέλος η βαρύτητά τους θα ήταν τόσο μεγάλη που θα κατέρρεαν και θα μετατρέπονταν σε μια μαύρη τρύπα.

Μια εναλλακτική εξήγηση που προτείνει η μελέτη, είναι ότι ένας αστέρας νετρονίων προσέλκυσε και συγχωνεύθηκε με μια μικρή αρχέγονη μαύρη τρύπα, η οποία στη συνέχεια εγκαταστάθηκε στο κέντρο βάρους του και «έφαγε» τη γύρω ύλη μέχρι που παρέμεινε μόνο η μαύρη τρύπα.

Βαρυτικά κύματα

Ο Takhistov και οι συνάδελφοί του υποστηρίζουν πως οι μαύρες τρύπες που προκύπτουν από αστέρες νετρονίων θα πρέπει να ακολουθούν την ίδια μαζική κατανομή των αστεριών από τα οποία προέρχονται, η οποία εξαρτάται από τα μεγέθη των γονικών αστεριών τους.

Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, οι συγγραφείς της μελέτης εξέτασαν τα δεδομένα από τις 50 περίπου ανιχνεύσεις βαρυτικών σημάτων που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα, και διαπίστωσαν ότι μόνο δύο, τα GW190425 και GW190814, αφορούσαν αντικείμενα τα οποία είχαν τις σωστές μάζες που αντιστοιχούν στις αρχέγονες μαύρες τρύπες.

«Η έρευνα μας στοχεύει στην κατανόηση της προέλευσής και της σχέσης τους με τη σκοτεινή ύλη», δήλωσε ο Takhistov. «Ειδικότερα, αυτή η δοκιμή δείχνει ότι οι μαύρες τρύπες που είναι πολύ βαρύτερες από περίπου 1,5 ηλιακές μάζες είναι απίθανο να έχουν προκύψει από εκρήξεις των αστεριών νετρονίων. Αν συμβαίνει αυτό, οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν πραγματικά να υπάρχουν και να αποτελούν συστατικό της σκοτεινής ύλης», προσθέτει.

Πάντως, η δοκιμή είναι στατιστικής φύσης, οπότε η συλλογή περισσότερων δεδομένων θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα αυτό το φαινόμενο.

ΠΗΓΗ: physics4u

https://www.livescience.com/dark-matter-made-of-black-holes.html?utm_source=notification