Jau dešimtmečius tamsiosios materijos mįslė neduoda ramybės fizikams ir astronomams visame pasaulyje. Ši nematoma medžiaga sudaro apie 85 proc. visos Visatos materijos masės, tačiau teleskopais jos nepamatysime, nes ji neskleidžia, neatspindi ir nesugeria šviesos. Apie jos egzistavimą sprendžiama tik iš gravitacinio poveikio žvaigždėms ir galaktikoms. Naujausios erdvėlaikio „raukšlių“, vadinamų gravitacinėmis bangomis, analizės leidžia manyti, kad raktas į šią paslaptį gali slypėti objektuose, atsiradusiuose praėjus vos akimirkoms po Visatos gimimo – pirmykštėse juodosiose skylėse.
Kas yra pirmykštės juodosios skylės?
Dauguma juodųjų skylių, apie kurias dažniausiai girdime, yra žvaigždinės kilmės. Jos susidaro, kai masyvios žvaigždės savo gyvenimo pabaigoje subliūkšta ir sprogsta supernovos pliūpsniu. Dėl to jų masė paprastai būna kelis kartus didesnė nei Saulės.
Tačiau pirmykštės juodosios skylės (PBH) – visai kita kategorija. Jų egzistavimą dar praėjusio amžiaus 8-ajame dešimtmetyje pasiūlė Stephenas Hawkingas. Pagal šią idėją, jos galėjo susiformuoti ne iš mirštančių žvaigždžių, o tiesiogiai iš tankio fluktuacijų itin karštoje ir tankioje ankstyvojoje Visatoje netrukus po Didžiojo sprogimo. Tokios juodosios skylės teoriškai galėtų būti beveik bet kokio dydžio: nuo vidutinio asteroido masės iki milžiniškos planetos masės. Jei jos iš tiesų egzistuoja, galėtų užpildyti tarpžvaigždinę ir tarpgalaktinę erdvę bei sudaryti reikšmingą dalį – o gal net visą – ieškomos tamsiosios materijos.
Signalas, kuris gali pakeisti viską
Ilgą laiką pirmykštės juodosios skylės buvo laikomos daugiausia teorine, nors ir intriguojančia, hipoteze. Situaciją pakeitė „LIGO“ (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) stebėjimai: detektorius užfiksavo gravitacinės bangos signalą, kilusį susidūrus dviem juodosioms skylėms, iš kurių bent viena, sprendžiant pagal duomenis, turėjo mažesnę masę nei Saulė.
Šiuolaikinėje astrofizikoje tokia masė laikoma praktiškai neįmanoma juodajai skylei, susiformavusiai iš žvaigždės. Būtent todėl signalas sukėlė didelį susidomėjimą – jis galėtų būti vienas pirmųjų realių pirmykščių juodųjų skylių požymių.
Mokslininkai Nico Cappelluti iš Majamio universiteto ir jo kolega Alberto Magaraggia teigia, kad šis neįprastas signalas gali būti pirmasis apčiuopiamas įrodymas, jog pirmykštės juodosios skylės egzistuoja. Jie pripažįsta, kad visada išlieka rizika, jog aptiktas signalas galėjo būti matavimo paklaida ar triukšmas jautriose interferometro „rankose“, tačiau tyrėjų vertinimu statistika vis dėlto palanki jų interpretacijai.
„Bandėme įvertinti, kiek pirmykščių juodųjų skylių galėtų egzistuoti Visatoje ir kiek iš jų „LIGO“ turėtų gebėti aptikti. Mūsų rezultatai – viltingi“, – aiškina A. Magaraggia.
Kodėl tai susiję su tamsiąja materija?
Standartinis elementariųjų dalelių fizikos modelis, nors ir itin sėkmingas aiškinant daugelį reiškinių, nesiūlo aiškaus kandidato tamsiajai materijai. Ilgą laiką ieškota hipotetinių dalelių, tokių kaip aksionai ar WIMP, tačiau kol kas paieškos rezultatų nedavė.
Šiame kontekste pirmykštės juodosios skylės tampa patrauklia alternatyva. Kaip ir hipotetinės tamsiosios materijos dalelės, jos turi masę (todėl veikia gravitaciškai) ir yra praktiškai nematomos: įvykių horizontas neleidžia ištrūkti net šviesai.
Mokslininkai pabrėžia, kad vien matomos materijos gravitacijos galaktikoms nepakaktų išlikti stabilioms – reikalingas papildomas „gravitacinis klijus“. Jei Visata būtų nusėta milijardais mažų juodųjų skylių, jos idealiai tiktų trūkstamos masės vaidmeniui, kurios astronomai ieško jau ne vieną dešimtmetį.
Kantrybė – būtina
Nepaisant tyrėjų entuziazmo, platesnė mokslo bendruomenė į šias išvadas žiūri atsargiai. Vieno neįprasto signalo nepakanka, kad būtų galima skelbti galutinį tamsiosios materijos mįslės sprendimą. Norint patvirtinti, kad tai iš tiesų pirmykštės kilmės objektai, reikia daugiau detekcijų, ypač tokių, kurių masė būtų mažesnė už Saulės.
Istorija primena, kad moksliniams proveržiams dažnai prireikia laiko: Albertas Einsteinas gravitacinių bangų egzistavimą numatė 1915 metais, o jų pirmąjį tiesioginį patvirtinimą žmonijai pavyko gauti tik po šimto metų.
Vis dėlto perspektyvos atrodo įdomios. Dabartiniai detektoriai – „LIGO“ JAV, „Virgo“ Italijoje ir „KAGRA“ Japonijoje – nuolat modernizuojami, taip didinant jų jautrumą. Taip pat planuojama į kosmosą iškelti „LISA“ (Laser Interferometer Space Antenna) detektorių, kuris leistų dar giliau pažvelgti į ankstyvąją Visatos istoriją.
„„LIGO“ pateikė labai stiprių užuominų. Dabar turime aptikti dar vieną tokį signalą arba kelis panašius, kad įgytume absoliutų tikrumą“, – apibendrina N. Cappelluti.
Jei hipotezė pasitvirtintų, tai galėtų tapti vienu didžiausių kosmologijos proveržių nuo Visatos plėtimosi atradimo laikų.
Leave a Reply