Kāpēc melnie caurumi var veidot visu tumšo vielu

Tumšā viela ir noslēpumaina lieta, kas, pēc kosmologu domām, piepilda mūsu Visumu. Pierādījums par tā pastāvēšanu ir tāds, ka nav pietiekami daudz redzamās masas, lai galaktikas noturētu kopā. Bet, tā kā galaktikas acīmredzami nesadalās, ir jābūt kaut kādai neredzamai lietai, kādai trūkstošai masai, kas rada gravitācijas spēkus, kas tās satur kopā.

Bet ar šo ideju ir problēma. Patiesībā divi no tiem. Pirmkārt, fiziķu labākais minējums par fizikas likumiem sniedz labu aprakstu par visām daļiņām, ko viņi ir atklājuši līdz šim, un dažas, kuras viņi plāno atklāt drīz. Problēma ir tāda, ka nevienai no šīm daļiņām nav tādu īpašību kā tumšā viela, ti, elektriski neitrāla, ilgstoša un lēni kustīga. Bet neviena no zināmajām vai pamatoti hipotēzētajām daļiņām neatbilst rēķinam. Lai atbrīvotu vietu tumšās vielas daļiņai, fizikas likumi ir jāmaina tā, kā daudzi teorētiķi jūtas neērti.

Otrkārt, neskatoties uz desmitiem gadu, kas pavadīti, meklējot tumšo vielu ar eksperimentiem, kas maksā desmitiem miljonu dolāru, neviens nav pievērsis uzmanību šai lietai. Lielākā daļa fiziķu domā, ka šajos eksperimentos nekas nav atrasts: zip, zilch, nulle.

Ir grūti izvairīties no secinājuma, ka trūkstošajai masai ir nepieciešams kāds cits izskaidrojums.

Ienāc Polu Fremptonu Ziemeļkarolīnas Universitātē un dažus draugus. Framptons ierosina, ka trūkstošo masu veido melnie caurumi, kas ir pārāk mazi, lai tie būtu redzami tieši, bet pārāk lieli, lai Hokinga starojuma dēļ tie iztvaikotu.

Bet šī ideja ir vairāk nekā kārtējais mežonīgs minējums. Fremptonam un draugiem ir interesants arguments, kura pamatā ir entropija, lai pamatotu savu apgalvojumu. Tas notiek šādi.

Vispirms viņi nosaka, kāda varētu būt Visuma maksimālā entropija, attēlojot, ka viss redzamais Visums ir milzīgs melnais caurums. Atbilde izrādās 10^123, ļoti liels skaitlis. Tātad tā ir augšējā robeža, kāda var būt entropijai.

Pēc tam viņi izstrādā zemāko robežu, saskaitot visu zināmo Visuma melno caurumu entropiju. Viņi to risina, pieņemot, ka katras galaktikas centrā ir milzīgs melnais caurums, un uzskats, ko arvien biežāk uzskata astrofiziķi.

Tas dod skaitli 10^103, kas ir par daudzām kārtām mazāks.

Protams, šī ir liela entropija, taču Framptons un citi, tāpēc maz ticams, ka tas būs galvenais mūsu visuma veicinātājs. Katrs supermasīvais melnais caurums ir apmēram mūsu Saules sistēmas lielumā vai mazāks, un intuitīvi maz ticams, ka būtībā visa entropija ir tik koncentrēta, viņš saka. Tātad kaut kas cits kaut kur rada entropiju.

Tā nevar būt redzama viela, jo parastie aprēķini liecina, ka tās entropija ir tikai 10^88. Tas, kas paliek, ir trūkstošās tumšās masas entropija.

Kāda veida melnie caurumi varētu būt par to atbildīgi? Izrādās, ka jebkurš melnais caurums, kas ir lielāks par 10^6 Saules masām, izraisītu tuvumā esošās vielas spirāli tajā, neļaujot veidot galaktikas. Viss, kas ir mazāks par 10^-8 saules masām, būtu iztvaikojis.

Tātad secinājums ir tāds, ka tumšo vielu veido melnie caurumi, kuru masa ir no 10^6 līdz 10^-8 Saules masām.

Bet ar šo ideju ir arī problēma. Kā šie melnie caurumi varēja veidoties tik lielā skaitā agrīnā Visumā? Kaut kas noteikti ir izraisījis vielas salipšanu šajā mērogā, veidojot melnos caurumus. Taču nekas neliecina, kā tas varēja notikt pašreizējā inflācijas teorijā, kas apraksta, kā auga agrīnais Visums.

cepure ir viegli atrisināma, saka Framptons un kolēģi: noteikti bija divi inflācijas periodi. Pirmais noveda pie liela mēroga Visuma struktūras, ko mēs redzam, un ir izmērīta ar kosmosa kuģiem, piemēram, WMAP. Otrais noveda pie salipšanas, kas radīja lielu skaitu vidēja izmēra pirmatnējo melno caurumu.

Tas ir izskaidrojums, kas ir nedaudz vieglāk uztverams nekā tas, kurā fizikas likumiem ir jāmainās, lai radītu jaunas tumšās vielas daļiņas. Bet tikai tikai.

Tomēr Framptona idejas var labāk pārbaudīt, meklējot pierādījumus par šiem pirmatnējiem melnajiem caurumiem, kuriem vajadzētu izraisīt mikrolēcas notikumus: ti, to gravitācijai vajadzētu fokusēt gaismu no zvaigznēm, kas atrodas aiz tām, kā redzams no Zemes.

Šāda veida mērījumus kļūst arvien vieglāk veikt, tāpēc drīzumā vajadzētu būt iespējai pieņemt vai noraidīt Framptona idejas.

Atsauces:

arxiv.org/abs/1003.3356 : Melnie caurumi veido visu tumšo vielu

arxiv.org/abs/1001.2308 : pirmatnējie melnie caurumi kā visa tumšā matērija

paslēpties