|
Взрывающаяся черная дыра может раскрыть тайны Вселенной
|
|
|
|
Физики долгое время считали, что черные дыры взрываются в конце своего жизненного цикла и что такие взрывы происходят — самое большее — раз в 100 000 лет. Но новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters физиками из Массачусетского университета в Амхерсте, показало, что вероятность того, что один из таких взрывов черных дыр можно будет увидеть в течение десятилетия, превышает 90%, и что, если мы будем готовы, наш нынешний парк космических и наземных телескопов сможет засвидетельствовать это событие.
|
|
|
|
Такой взрыв стал бы убедительным доказательством существования теоретизируемого, но никогда не наблюдавшегося вида черной дыры, называемой "первичной черной дырой", которая могла образоваться менее чем через секунду после Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Более того, взрыв дал бы нам полный каталог всех существующих субатомных частиц, включая те, которые мы наблюдали, такие как электроны, кварки и бозоны Хиггса, те, о которых мы только предполагали, например, частицы темной материи, а также все остальное, что пока полностью неизвестно к науке. Этот каталог наконец-то ответит на один из древнейших вопросов человечества: откуда взялось все существующее?
|
|
|
|
Мы знаем, что черные дыры существуют, и у нас есть хорошее представление об их жизненном цикле: у старой, крупной звезды заканчивается топливо, она взрывается сверхновой огромной мощности и оставляет после себя область пространства-времени с такой интенсивной гравитацией, что ничто, даже свет, не может вырваться за ее пределы. Эти черные дыры невероятно тяжелы и, по сути, стабильны.
|
|
|
|
|
|
|
Но, как отметил физик Стивен Хокинг в 1970 году, другой вид черных дыр — первичная черная дыра (PBH) - мог образоваться не в результате коллапса звезды, а в результате изначальных условий Вселенной вскоре после Большого взрыва. PBH, как и обычные черные дыры, настолько плотны, что почти ничто не может вырваться из них — именно это делает их "черными".
|
|
|
|
Однако, несмотря на свою плотность, PBH могут быть намного легче, чем черные дыры, которые мы до сих пор наблюдали. Кроме того, Хокинг также показал, что черные дыры имеют температуру и теоретически могут медленно испускать частицы с помощью так называемого "излучения Хокинга", если они достаточно нагрелись.
|
|
|
|
"Чем легче черная дыра, тем горячее она должна быть и тем больше частиц она будет испускать. По мере испарения PBH становятся все легче и, следовательно, горячее, испуская еще больше излучения, что приводит к ускорению процесса вплоть до взрыва. Это излучение Хокинга, которое могут обнаружить наши телескопы", - говорит Андреа Тамм, соавтор и доцент кафедры физики в Массачусетском технологическом институте в Амхерсте.
|
|
|
|
И все же, хотя мы должны были бы иметь такую возможность, никто никогда непосредственно не наблюдал PBH.
|
|
|
|
"Мы знаем, как наблюдать это излучение Хокинга", - говорит Хоаким Игуас Хуан, научный сотрудник UMass Amherst в области физики. "Мы можем наблюдать это с помощью наших современных телескопов, и поскольку единственные черные дыры, которые могут взорваться сегодня или в ближайшем будущем, - это эти PBH, мы знаем, что если мы видим излучение Хокинга, то мы наблюдаем взрыв PBH".
|
|
|
|
Хотя физики со времен Хокинга считали, что шансы увидеть взрыв PBH бесконечно малы, Игуас Хуан отмечает, что "наша работа как физиков заключается в том, чтобы подвергать сомнению полученные предположения, задавать более обоснованные вопросы и выдвигать более точные гипотезы".
|
|
|
|
Новая гипотеза команды? Приготовьтесь увидеть взрыв прямо сейчас. "Мы считаем, что вероятность того, что мы станем свидетелями взрыва PBH в ближайшие 10 лет, составляет до 90%", - говорит Эйдан Саймонс, один из соавторов статьи и аспирант физического факультета университета Массачусетса в Амхерсте.
|
|
|
|
В своей работе команда исследует "игрушечную модель с темной квантовой точностью". По сути, это копия обычного электрического взаимодействия, каким мы его знаем, но включающая в себя очень тяжелую гипотетическую версию электрона, которую команда называет "темным электроном".
|
|
|
|
Затем команда пересмотрела давние предположения об электрическом заряде черных дыр. Стандартные черные дыры не имеют заряда, и предполагалось, что PBH также электрически нейтральны.
|
|
|
|
"Мы исходим из другого предположения", - говорит Майкл Бейкер, соавтор и доцент кафедры физики университета Массачусетса в Амхерсте. "Мы показываем, что если образуется первичная черная дыра с небольшим темным электрическим зарядом, то игрушечная модель предсказывает, что она должна временно стабилизироваться, прежде чем окончательно взорваться".
|
|
|
|
Принимая во внимание все известные экспериментальные данные, они пришли к выводу, что тогда мы потенциально могли бы наблюдать взрыв PBH не раз в 100 000 лет, как считалось ранее, а раз в 10 лет.
|
|
|
|
"Мы не утверждаем, что это обязательно произойдет в этом десятилетии, - говорит Бейкер, - но вероятность того, что это произойдет, может составлять 90%. Поскольку у нас уже есть технология для наблюдения за этими взрывами, мы должны быть готовы".
|
|
|
|
Игуас Хуан добавляет: "Это было бы первое в истории прямое наблюдение как излучения Хокинга, так и PBH. Мы также получили бы точную информацию о каждой частице, из которой состоит все во Вселенной. Это произвело бы полную революцию в физике и помогло бы нам переписать историю Вселенной".
|
|
|
|
Источник
|
