Εντοπίστηκε «εξωτικό» σωματίδιο που ξαναγράφει την ιστορία των μαύρων τρυπών στο Σύμπαν.
Ένα απίστευτα ενεργητικό σωματίδιο που οι ειδικοί θεωρούν ότι δεν έπρεπε να υπάρχει έπληξε τη Γη το 2023 και ενδέχεται να ήταν θραύσμα από την έκρηξη μιας αρχέγονης μαύρης τρύπας που σχηματίστηκε κατά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Αν ισχύει αυτό τότε θα μπορούσε να αποδείξει την ύπαρξη αρχέγονων μαύρων τρυπών, οι οποίες με τη σειρά τους ίσως βοηθήσουν να εξηγηθεί από τι αποτελείται η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη.
Το εν λόγω σωματίδιο ήταν ένα νετρίνο με ενέργεια 100,000 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των σωματιδίων υψηλότερης ενέργειας που έχουν παραχθεί στον μεγαλύτερο και ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. Μάλιστα το σωματίδιο ήταν τόσο ενεργητικό ώστε οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν κανένα φυσικό κοσμικό φαινόμενο αρκετά ισχυρό για να το δημιουργήσει.
Mια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ προτείνει ότι ένα τέτοιο σωματίδιο θα μπορούσε να εκτοξευθεί όταν εκρήγνυται μια αρχέγονη μαύρη τρύπα.
H ακτινοβολία
Το κλειδί για τις εκρήξεις των μαύρων τρυπών είναι η διαρροή της ακτινοβολίας Χόκινγκ, ενός είδους θερμικής ακτινοβολίας που πήρε το όνομά της από τον φυσικό Στίβεν Χόκινγκ, ο οποίος πρότεινε την ύπαρξή της το 1974. Όσο πιο θερμή είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο πιο γρήγορα εκπέμπει ακτινοβολία Χόκινγκ, χάνει μάζα και τελικά ολοκληρώνει τη ζωή της με μια τεράστια έκρηξη.
Το πρόβλημα είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι μια μαύρη τρύπα τόσο ψυχρότερη είναι και τόσο πιο αργά χάνει θερμική ακτινοβολία. Έτσι ακόμη και οι μικρότερες μαύρες τρύπες αστρικής μάζας που γεννιούνται όταν τεράστια άστρα εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς στο τέλος της ζωής τους θα χρειάζονταν περίπου 10 στην 67η δύναμη χρόνια δηλαδή πολύ περισσότερο από την ηλικία του Σύμπαντος για να φτάσουν σε αυτό το εκρηκτικό στάδιο.
Ωστόσο ο Χόκινγκ είχε επίσης θεωρητικοποιήσει ότι μπορεί να υπάρχει ένας άλλος τύπος μαύρης τρύπας, που δεν σχηματίστηκε από τον θάνατο ενός άστρου αλλά απευθείας από διακυμάνσεις πυκνότητας στην αρχέγονη «θάλασσα» υπερθερμών σωματιδίων που γέμιζε το Σύμπαν στα πρώτα του στιγμιότυπα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το μυστηριώδες φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν.
Επειδή αυτές οι αρχέγονες μαύρες τρύπες μπορεί να είναι εξαιρετικά μικρές, με μάζα συγκρίσιμη με εκείνη ενός πλανήτη ή ακόμη και ενός μεγάλου αστεροειδούς αντί για τρεις έως πέντε φορές τη μάζα του Ήλιου θα μπορούσαν να είναι αρκετά θερμές ώστε να εκπέμπουν ακτινοβολία Χόκινγκ αρκετά γρήγορα για να εκραγούν.
«Όσο ελαφρύτερη είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο θερμότερη θα πρέπει να είναι και τόσο περισσότερα σωματίδια θα εκπέμπει» δήλωσε η Αντρέα Θαμ από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ. Καθώς οι αρχέγονες μαύρες τρύπες εξατμίζονται, γίνονται όλο και ελαφρύτερες και επομένως θερμότερες, εκπέμποντας ολοένα περισσότερη ακτινοβολία σε μια ανεξέλεγκτη διαδικασία μέχρι την έκρηξη. Αυτή την ακτινοβολία Χόκινγκ μπορούν να ανιχνεύσουν τα τηλεσκόπιά μας.
Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι μια αρχέγονη μαύρη τρύπα θα έπρεπε να εκρήγνυται περίπου μία φορά κάθε δέκα χρόνια. Μέχρι σήμερα, καμία τέτοια έκρηξη δεν έχει εντοπιστεί, και έτσι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες και η ακτινοβολία Χόκινγκ παραμένουν καθαρά θεωρητικές έννοιες. Εκτός βέβαια αν η απόδειξη μιας τέτοιας έκρηξης έχει ήδη καταγραφεί με διαφορετικό τρόπο, χωρίς να έχει γίνει άμεσα κατανοητή η πραγματική της φύση.
Το σωματίδιο που είναι αδύνατον να υπάρχει
Το εξαιρετικά ενεργητικό νετρίνο ανιχνεύθηκε το 2023 από ένα δίκτυο ανιχνευτών νετρίνων που ονομάζεται KM3NeT και βρίσκεται στη Μεσόγειο Θάλασσα.
«Η παρατήρηση αυτού του νετρίνου υψηλής ενέργειας ήταν ένα απίστευτο γεγονός. Μας έδωσε ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν. Μπορεί να βρισκόμαστε στο κατώφλι της πειραματικής επιβεβαίωσης της ακτινοβολίας Χόκινγκ, αποκτώντας ενδείξεις τόσο για τις αρχέγονες μαύρες τρύπες όσο και για νέα σωματίδια πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, και ίσως εξηγώντας το μυστήριο της σκοτεινής ύλης» λέει ο Μάικλ Μπέικερ από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ.
Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα. Το γεγονός δεν καταγράφηκε από έναν παρόμοιο ανιχνευτή νετρίνων που ονομάζεται IceCube και βρίσκεται βαθιά στους πάγους του Νότιου Πόλου. Αυτό είναι παράδοξο, διότι ο IceCube έχει σχεδιαστεί ειδικά για την ανίχνευση νετρίνων υψηλής ενέργειας, και όμως δεν έχει εντοπίσει ποτέ σωματίδιο με ούτε το ένα εκατοστό της ενέργειας του «αδύνατου» νετρίνου.
Αν μια αρχέγονη μαύρη τρύπα εκρήγνυται μία φορά κάθε δεκαετία, τότε ο IceCube θα έπρεπε να δέχεται καταιγισμό νετρίνων υψηλής ενέργειας. Πού βρίσκονται λοιπόν;
Η ομάδα από τη Μασαχουσέτη έχει μια θεωρία. «Πιστεύουμε ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες με ένα ‘σκοτεινό φορτίο’ τις οποίες αποκαλούμε σχεδόν ακραίες αρχέγονες μαύρες τρύπες είναι ο χαμένος κρίκος» δήλωσε ο Χοακίμ Ιγουάθ Χουάν. Το «σκοτεινό φορτίο» είναι μια εκδοχή της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης που γνωρίζουμε αλλά δεν μεταφέρεται από το συνηθισμένο ηλεκτρόνιο παρά από έναν πολύ βαρύτερο υποθετικό συγγενή του το λεγόμενο «σκοτεινό ηλεκτρόνιο».
Υπάρχουν και άλλα απλούστερα μοντέλα αρχέγονων μαύρων τρυπών είπε ο Μπέικερ. Το μοντέλο του σκοτεινού φορτίου είναι πιο σύνθετο πράγμα που σημαίνει ότι ίσως αποτυπώνει πιο πιστά την πραγματικότητα. Το εντυπωσιακό είναι ότι μπορεί να εξηγήσει αυτό το φαινομενικά ανεξήγητο φαινόμενο. Μια αρχέγονη μαύρη τρύπα με σκοτεινό φορτίο θα είχε μοναδικές ιδιότητες που θα την έκαναν να συμπεριφέρεται διαφορετικά από μια συνηθισμένη αρχέγονη μαύρη τρύπα. Αυτό θα μπορούσε όχι μόνο να εξηγήσει αυτό το εξωτικό νετρίνο αλλά και να λύσει το μυστήριο του τι είναι πραγματικά η σκοτεινή ύλη.
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί πρόβλημα επειδή, σε αντίθεση με τα σωματίδια της συνηθισμένης ύλης, δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, δηλαδή με το φως. Αυτό σημαίνει ότι, παρόλο που υπερτερεί σε μάζα της συνηθισμένης ύλης σε αναλογία πέντε προς ένα, είναι ουσιαστικά αόρατη και παραμένει μυστηριώδης. Μία πιθανή υποψήφια μορφή σκοτεινής ύλης είναι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες.
«Αν το υποθετικό μας σκοτεινό φορτίο είναι πραγματικό, τότε πιστεύουμε ότι μπορεί να υπάρχει ένας σημαντικός πληθυσμός αρχέγονων μαύρων τρυπών, κάτι που θα συμφωνούσε με άλλες αστροφυσικές παρατηρήσεις και θα μπορούσε να εξηγήσει όλη τη χαμένη σκοτεινή ύλη στο Σύμπαν» κατέληξε ο Ιγουάθ Χουάν.
