Teleskop Subaru pomoże znaleźć pierwotne czarne dziury tworzące wieloświat?

Astrofizycy badają czarne dziury, które mogły utworzyć się we wczesnym wszechświecie, jeszcze przed powstaniem gwiazd i galaktyk. Takie pierwotne czarne dziury (PBH) mogły zawierać cała ciemną materię, być odpowiedzialne za niektóre obserwowane fale grawitacyjne oraz stać się zarodnikami dla supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk. Projekt badania PHB prowadzony jest na Kavli IPMU (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe).

Pierwotne czarne dziury mogły brać udział w syntezie ciężkich pierwiastków, do której dochodziło, gdy zderzały się one z gwiazdami neutronowymi i niszczyły je, uwalniając materiał bogaty w neutrony. Nie można wykluczyć, że to PBH zawierają większość ciemnej materii. Trzeba tutaj przypomnieć, że w bieżącym roku Nagrodę Nobla z fizyki przyznano właśnie za badanie czarnych dziur.

Wśród scenariuszy związanych z pierwotnymi czarnymi dziurami jest i taki, który mówi, że PBH mogły tworzyć się z „wszechświatów pochodnych” powstających podczas szybkiego rozszerzania się wszechświata. W tym czasie z naszego wszechświata mogły „odrywać się” inne niewielkie wszechświaty, które zapadały się w sobie. Uwalniana przy tym olbrzymia ilość energii mogła prowadzić do pojawiania się czarnych dziur.

Jeszcze inny scenariusz przewidziany jest, gdy taki „wszechświat pochodny” ma masę powyżej pewnej krytycznej granicy. Wówczas, zgodnie z einsteinowską teorią grawitacji, wszechświat taki może istnieć w stanie, które jest różny dla obserwatorów z zewnątrz i wewnątrz. Dla obserwatora z wewnątrz jest to rozszerzający się wszechświat, podczas gdy obserwator zewnętrzny widzi czarną dziurę. W obu przypadkach i duże i małe „wszechświaty pochodne” są z zewnątrz widoczne jako pierwotne czarne dziury, których struktura jest ukryta poza horyzontem zdarzeń.

Naukowcy z Kavli Institute opisali nowy scenariusz powstawania PBH i twierdzą, że czarne dziury pasujące do tego scenariusza można znaleźć za pomocą Hyper Suprime-Cam (HSC) na Teleskopie Subaru.

HSC ma unikatową zdolność do obrazowania całej Galaktyki Andromedy co kilka minut. Jeśli pomiędzy HSC a jedną z gwiazd Andromedy znajdzie się czarna dziura, doprowadzi ona do zagięcia światła i przez krótki czas gwiazda będzie się wydawała jaśniejsza. Długość trwania tego pojaśnienia pozwala na szacowanie masy czarnej dziury. Dzięki HSC można jednocześnie obserwować 100 milionów gwiazd, dzięki czemu istnieje spora szansa na zaobserwowanie czarnej dziury.

HSC zaobserwowała już zresztą zjawisko, które mogą być wydarzeniami zgodnymi z hipotezą o PBH i wielu wszechświatach. Wiele wskazuja na to, że zarejestrowano czarną dziurę o masie porównywalnej z masą Księżyca. Nowe obserwacje w połączeniu z nowmi hipotezami spowodowały, że naukowcy z Kavli bardziej szczegółowo przyglądają się wynikom uzyskanym z HSC.

pierwotne czarne dziury wszechświaty