gov-civil-vilareal.ptBestaat donkere materie uit piepkleine zwarte gaten uit een ander universum? Welnu…
>Ja, hier wil je voor gaan zitten. Het is een beetje veel:
Zijn mogelijk dat donkere materie is gemaakt van kleine zwarte gaten die aan het begin van de tijd zijn ontstaan door kiemvorming uit bellen van vals vacuüm die tijdens een oneindig korte periode van kosmische hyperinflatie baby-universums creëerden met sub-maanmassa's.
Als, een team van wetenschappers denkt , zou dit verschillende zeurende puzzels over het heelal kunnen oplossen, waaronder donkere materie, bronnen van zwaartekrachtsgolven en een vreemde observatie van de Andromeda-melkweg.
Zien? Het is veel. Voor alle duidelijkheid, ik ben op zijn zachtst gezegd nogal sceptisch, maar het is een leuk idee gebaseerd op een reeks leuke ideeën, dus laten we ze stuk voor stuk aanpakken.
Kunstwerk met een zwart gat met een accretieschijf en magnetische velden die erboven wervelen. Credit: NASA/JPL-Caltech
Het soort materie dat we in het heelal zien - bestaande uit elektronen, neutronen, protonen en andere deeltjes - is eigenlijk in de minderheid van dingen die er zijn . De meeste materie daarbuiten is gemaakt van iets dat we niet kunnen zien; het straalt letterlijk geen licht uit, dus we noemen het donkere materie . We weten dat het bestaat, bijvoorbeeld door de manier waarop sterrenstelsels roteren en in clusters bewegen. Er is ook nogal wat meer bewijs voor het bestaan ervan.
In de afgelopen decennia hebben astronomen zo ongeveer alles geëlimineerd waarvan we weten dat het donkere materie zou kunnen zijn. Schurkenplaneten, dode sterren, vreemde fysica, enzovoort. Er staat niet veel meer op de 'misschien'-lijst, maar het bevat exotische subatomaire deeltjes zoals axions en kleine zwarte gaten.
Ja, zwarte gaten. We hebben de neiging om van deze beesten te denken dat ze minstens drie keer de massa van de zon hebben (die ontstaan wanneer massieve sterren exploderen) tot superzware exemplaren in de centra van sterrenstelsels die een factor miljarden zwaarder wegen dan onze lokale ster. We weten dat donkere materie niet dit soort zwarte gaten kan zijn, omdat hun zwaartekracht invloed heeft op licht dat dichtbij hen passeert, waardoor het zijn pad buigt. Om rekening te houden met de hoeveelheid donkere materie waarvan we denken dat die er is, zouden er zoveel zwarte gaten moeten zijn die we inmiddels zouden hebben opgemerkt.
normaal zwarte gaten, dat wil zeggen (zoals elk van hen 'normaal' is). Het blijkt dat er misschien een ander soort is. Ze zijn theoretisch en hebben veel minder massa. Sommige zouden zelfs zo weinig massa kunnen hebben als de maan. Een zwart gat met die massa zou klein zijn, slechts ongeveer 0,2 millimeter breed! Dat is ongeveer de dikte van een mensenhaar.
Niemand is ooit gezien, maar er wordt aangenomen dat ze aan het begin van het heelal zijn gemaakt. Er zijn verschillende manieren waarop ze gevormd kunnen zijn, inclusief alleen de immense druk die werd gegenereerd toen het heelal nog een fractie van een seconde oud was en alle materie en energie in de hele kosmos zich in een volume kleiner dan een zandkorrel bevond. Omdat ze dan gevormd zouden zijn, heten ze oerzwarte gaten .
Fantasievolle kunstwerken van baby-universums die paaien en groeien in de eerste momenten van het bestaan van ons eigen universum. Credit: Kavli IPMU
Een andere manier is via wat de . wordt genoemd vals vacuüm . Dit concept is vrij complex, maar het idee is dat elk object met energie de neiging heeft om lager zijn energie. Daarom koelen dingen af als ze worden verwarmd, of vallen ze op de grond als ze worden losgelaten. Het universum zelf heeft energie en we hebben de neiging om te denken dat het vacuüm van de ruimte zich in de laagste energietoestand bevindt die het kan zijn. Maar de kwantummechanica postuleert dat er een lagere energietoestand is waarin het zich kan bevinden, de echte vacuümtoestand: , en waar we nu in leven is een vals vacuüm.
bedrog iv: de nachtmerrieprinses
Als een stuk van het heelal vandaag zou instorten tot de echte vacuümtoestand, zou die bel groeien en uiteindelijk het heelal opslokken. Dat is niet bepaald een vrolijk verhaaltje voor het slapengaan, maar als je meer wilt lezen, mijn vriendin en astrofysicus Katie Mack schreef er een artikel over voor Cosmos Magazine .
Als zoiets echter zou gebeuren toen het heelal een fractie van een seconde oud was, zou de universele expansie de groei van zo'n echte vacuümbel overtreffen, en ze zouden niet alles kunnen bijhouden en vernietigen. Er was een zeer korte periode, inflatie genaamd, toen het heelal extreem snel uitdijde , sneller dan de lichtsnelheid, en als deze bellen van echt vacuüm zich in die periode zouden vormen (die overigens 10-32seconden, dus niet lang) zouden ze zich aftakken van ons eigen heelal en het niet vernietigen.
Van binnenuit zo'n bubbel zou je zien een geheel nieuw universum geboren . Onze eigen kan op deze manier zijn gevormd. Maar van buiten zo'n bel zou je een hele hoop massa zien die is samengeperst tot een klein volume: een zwart gat.
In de nieuwe studie , onderzoeken de auteurs hoe dit eruit zou zien nu gegeven omstandigheden in het vroege heelal. Er zouden zwarte gaten met een reeks massa's zijn gecreëerd, meestal allemaal erg klein.
Maar mogelijke mini-zwarte gaten hebben veel mogelijkheden. De auteurs vinden bijvoorbeeld dat als de massa van deze oerzwarte gaten gaat van ongeveer die van een kleine asteroïde tot ongeveer die van de maan (zeer ruwweg 100 biljoen tot 1022kilogram) dan zou de totale massa van deze gecreëerde objecten gelijk zijn aan die van alle donkere materie in het heelal.
Een simulatie van hoe een zwart gat met een schijf van gas eromheen eruit zou zien, gezien de bizarre effecten van zijn felle zwaartekracht op het licht van de schijf. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Kunnen we ze detecteren? Zoals ik al zei, buigen zwarte gaten licht, en een zwart gat dat tussen ons en een verder verwijderde ster passeert, zou het sterlicht beïnvloeden en het op een meetbare manier versterken. We noemen dit zwaartekracht lensing . Er zijn veel lensing-gebeurtenissen waargenomen, meestal door verre sterren die voor een andere ster passeren, of het licht van een hele melkweg vervormde terwijl het door een enorme cluster van melkwegstelsels ging. Er is echter niets van een oerzwart gat gezien.
... kan zijn. Er was een vreemde microlensing-gebeurtenis te zien in een speciaal onderzoek van het nabijgelegen Andromeda-sterrenstelsel, op zoek naar sterren die lijken op te helderen op een manier die consistent is met lensing. Ze vonden maar één kandidaat, en het kwam overeen met een oerzwart gat. In die studie, de astronomen die de waarneming doen, gebruiken deze gebeurtenis om een breed scala aan mogelijke oerzwarte gaten uit te sluiten waaruit donkere materie zou kunnen bestaan . De auteurs van de nieuwe studie zeggen echter dat hun resultaten hiermee nog steeds consistent zijn, waardoor donkere materie, althans gedeeltelijk, uit deze kleine zwarte gaten kan bestaan.
Het pad van licht rond een zwart gat wordt ernstig vervormd door de zwaartekracht. In dit diagram staat de aarde naar rechts, en licht van materiaal achter het zwarte gat wordt naar ons toe gebogen, waardoor een gat overblijft waar het zwarte gat zelf is. Credit: Nicolle R. Fuller/NSF
een gekke zomer (roman)
Ze laten ook zien dat het mogelijk is dat sommige van de grotere oer-zwarte gaten 'zaadmassa's' hadden kunnen leveren - starterkits, zo je wilt - voor de superzware zwarte gaten die we tegenwoordig in sterrenstelsels zien, waarbij de veel grotere uit de kleine groeien. . Ze stellen zelfs dat zwarte gaten met stellaire massa, die enkele tot enkele tientallen keer de massa van de zon hebben, op deze manier kunnen worden gemaakt, en niet noodzakelijk door supernova-gebeurtenissen van massieve sterren. Ze denken dat dit de zwarte gaten kunnen zijn die we zien botsen en zwaartekrachtgolven creëren bij gebeurtenissen die LIGO ziet.
Oké, dus daar heb je het. Het is veel, zeker, maar er is een grotere vraag: Is dit correct?
Wellllll, misschien. Het is allemaal theoretisch, en er zijn veel stappen om te gaan van wat we nu weten naar het hebben van echte kleine zwarte gaten die het heelal doordringen en overal mysteries creëren. Voor mij persoonlijk is het veel om te slikken. Ik ben altijd op mijn hoede voor één soort ding dat een groot aantal problemen oplost; we vinden meestal dat een nieuw type object of gebeurtenis een verklaring Enkele puzzels die we zien, niet allemaal. Iets dat als een loper fungeert, verdient veel meer scepsis.
Dus ik laat het aan de experts over om dit idee te ondersteunen of te weerleggen. Maar hoe dan ook, het is interessant, en een ding dat ik er leuk aan vind, is hoe slim het is. Ik vind het leuk om mensen met ideeën te zien spelen, en in de wetenschap, vooral zeer theoretische wetenschap, is het een goed idee om deze ideeën te publiceren, zodat andere wetenschappers ernaar kunnen neuzen. 'Slim' betekent niet 'juist', maar het kan helpen andere ideeën te beperken of observaties te inspireren om de hypothesen te testen.
De meeste ideeën blijken verkeerd te zijn, maar het proces om ze te bedenken en te testen, helpt hoe dan ook de wetenschap en het begrip vooruit.
Plus? Het is leuk om over na te denken. Dat is een belangrijke reden waarom we ook aan wetenschap doen.
