|
Первичные черные дыры могут скрываться в планетах
|
|
|
|
Представьте себе образование черной дыры, и вы, вероятно, представите массивную звезду, у которой заканчивается топливо и она коллапсирует сама в себя. Однако хаотические условия ранней Вселенной, возможно, также позволили многим маленьким черным дырам образоваться задолго до появления первых звезд.
|
|
|
|
Теории о существовании этих первичных черных дыр существуют уже несколько десятилетий, и они могут быть даже неуловимой темной материей, невидимым веществом, на долю которого приходится 85% общей массы Вселенной.
|
|
|
|
Тем не менее, ни одна первичная черная дыра никогда не наблюдалась.
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное совместно с Университетом в Буффало, предлагает рассматривать их как большие, так и малые объекты, чтобы подтвердить их существование, предполагая, что их признаки могут варьироваться от очень больших - полых планетоидов в космосе — до мельчайших микроскопических туннелей в обычных материалах, встречающихся на Земле, таких как камни, металл и стекло.
|
|
|
|
Теоретическое исследование, которое будет опубликовано в декабрьском номере журнала Physics of the Dark Universe и доступно онлайн уже сейчас, утверждает, что первичная черная дыра, заключенная в большом каменистом объекте в космосе, поглотила бы его жидкое ядро и оставила бы его пустым. С другой стороны, более быстрая первичная черная дыра может оставлять после себя прямые туннели, достаточно большие, чтобы их можно было увидеть в микроскоп, если они проходят сквозь твердый материал, включая материал прямо здесь, на Земле.
|
|
|
|
|
|
|
"Шансы обнаружить эти сигнатуры невелики, но для их поиска не потребуется много ресурсов, а потенциальная отдача - первое свидетельство существования первичной черной дыры - будет огромной", - говорит соавтор исследования Деян Стойкович, доктор философии, профессор физики Калифорнийского колледжа в Лос-Анджелесе. Искусства и науки. "Мы должны мыслить нестандартно, потому что то, что было сделано для поиска первичных черных дыр ранее, не сработало".
|
|
|
|
В ходе исследования было подсчитано, насколько большим мог бы быть полый планетоид, не разрушаясь сам по себе, и какова вероятность того, что первичная черная дыра пройдет сквозь объект на Земле. (Если вы беспокоитесь о том, что первичная черная дыра может пройти сквозь вас, не волнуйтесь. Исследование показало, что это не будет смертельным исходом.)
|
|
|
|
"Из-за этих высоких коэффициентов мы сосредоточились на надежных оценках, которые существуют тысячи, миллионы или даже миллиарды лет", - говорит соавтор исследования Де-Чанг Дай, доктор философии из Национального университета Донг Хва и Университета Кейс Вестерн Резерв.
|
|
Полые предметы могут быть размером не более 1/10 земной поверхности
|
|
|
|
Поскольку Вселенная быстро расширялась после Большого взрыва, области пространства, возможно, были более плотными, чем их окружение, что привело к их коллапсу и образованию первичных черных дыр.
|
|
|
|
PBH имели бы гораздо меньшую массу, чем звездные черные дыры, которые позже образовались в результате умирания звезд, но они все равно были бы чрезвычайно плотными, подобно массе горы, сжатой в области размером с атом.
|
|
|
|
Стойкович, который ранее предлагал найти теоретические червоточины, задался вопросом, попадал ли когда-либо PBH в ловушку внутри планеты, Луны или астероида во время или после своего образования.
|
|
|
|
"Если объект имеет жидкое центральное ядро, то захваченный PBH может поглотить жидкое ядро, плотность которого выше плотности внешнего твердого слоя", - говорит Стойкович.
|
|
|
|
Затем PBH может покинуть объект, если на него упадет астероид, и от него не останется ничего, кроме пустой оболочки.
|
|
|
|
Но будет ли такая оболочка достаточно прочной, чтобы выдержать саму себя, или она просто разрушится под собственным напряжением? Сравнив прочность природных материалов, таких как гранит и железо, с поверхностным натяжением и поверхностной плотностью, исследователи подсчитали, что радиус такого полого объекта может составлять не более одной десятой радиуса Земли, что делает его более похожим на малую планету, чем на настоящую планету.
|
|
|
|
"Если он будет еще больше, он разрушится", - говорит Стойкович.
|
|
|
|
Эти полые объекты можно обнаружить с помощью телескопов. Массу и, следовательно, плотность можно определить, изучая орбиту объекта.
|
|
|
|
"Если плотность объекта слишком мала для его размера, это хороший признак того, что он полый", - говорит Стойкович.
|
|
|
|
Обычные объекты могут быть детекторами черных дыр
|
|
|
|
В исследовании предлагается, что для объектов без жидкой сердцевины PBH могут просто проходить сквозь них и оставлять за собой прямой туннель. Например, PBH массой 1022 грамма оставит за собой туннель толщиной 0,1 микрона.
|
|
|
|
Большая плита из металла или другого материала могла бы служить эффективным детектором черных дыр, отслеживая внезапное появление таких туннелей, но Стойович говорит, что у вас больше шансов найти существующие туннели в очень старых материалах — от зданий, которым сотни лет, до горных пород, которым миллиарды лет. старый.
|
|
|
|
Тем не менее, даже если предположить, что темная материя действительно состоит из PBH, они подсчитали, что вероятность прохождения PBH через валун возрастом в миллиард лет составляет 0,000001.
|
|
|
|
"Вы должны сопоставлять затраты с выгодой. Дорого ли это обходится? Нет, это не так", - говорит Стойкович.
|
|
|
|
Таким образом, вероятность того, что вы перенесете ПБГ в течение своей жизни, по меньшей мере, невелика. Даже если бы это произошло, вы, вероятно, не заметили бы этого.
|
|
|
|
В отличие от камня, ткани человека имеют небольшое натяжение, поэтому PBH не разорвет их на части. И хотя кинетическая энергия PBH может быть огромной, она не может высвободиться в значительной степени во время столкновения, потому что движется очень быстро.
|
|
|
|
"Если снаряд движется в среде со скоростью, превышающей скорость звука, молекулярная структура среды не успевает отреагировать", - говорит Стойкович. "Если бросить камень в окно, оно, скорее всего, разобьется вдребезги. Если выстрелить в окно из пистолета, то, скорее всего, останется только дыра".
|
|
Необходимы новые теоретические основы
|
|
|
|
Теоретические исследования, подобные этому, имеют решающее значение, говорит Стойкович, отмечая, что многие физические концепции, которые когда-то казались неправдоподобными, теперь считаются вероятными.
|
|
|
|
Стойкович добавляет, что в настоящее время эта область сталкивается с рядом серьезных проблем, в том числе с темной материей. Последним крупным достижениям в этой области — квантовой механике и общей теории относительности — исполнилось сто лет.
|
|
|
|
"Самые умные люди на планете работали над этими проблемами в течение 80 лет и до сих пор не решили их", - говорит он. "Нам не нужно прямое расширение существующих моделей. Вероятно, нам нужна совершенно новая структура".
|
|
|
|
Источник
|
