Spännande nytt papper testar en förutsägelse av mörk materia och svarta hål gjord av Hawking

Konstnärlig rendering av ett svart hål. (vchal/iStock/Getty Images Plus)

Universum är för tungt.

Enligt våra mätningar av den normala materien i universum finns det inte tillnärmelsevis tillräckligt av det för att förklara styrkan hos gravitationseffekterna vi kan se.

Vad som än utgör resten av massan är ingenting vi kan upptäcka direkt, och strävan efter att ta reda på vad det kan vara är både förbryllande och tärande.

Platshållartermen för denna mystiska massa är ' mörk materia ', och det finns flera hypotetiska kandidater. En ny tidning gör dock ett nytt argument för en kandidat som först föreslogs på 1970-talet av Stephen Hawking och Bernard Carr – primordial svarta hål .

'Vår studie förutspår hur det tidiga universum skulle se ut om mörk materia, istället för okända partiklar, skapades av svarta hål som bildades under Big Bang – som Stephen Hawking föreslog på 1970-talet,' säger fysikern Nico Cappelluti från University of Miami.

– Det här skulle få flera viktiga konsekvenser. För det första skulle vi inte behöva 'ny fysik' för att förklara mörk materia. Dessutom skulle detta hjälpa oss att svara på en av de mest övertygande frågorna inom modern astrofysik: Hur kunde supermassiva svarta hål i det tidiga universum ha vuxit sig så stora så snabbt?

'Med tanke på de mekanismer vi observerar idag i det moderna universum, skulle de inte ha haft tillräckligt med tid att bildas. Detta skulle också lösa det långvariga mysteriet om varför massan av en galax äralltid proportionelltill supermassivens massa svart hål i dess centrum.'

Det finns flera anledningar till varför svarta hål är inte en ledande kandidat för mörk materia. Ändå är de en attraktiv sådan (ordlek absolut avsedd); som mörk materia sänder dessa ultratäta föremål inget ljus, och om de hänger i rymden och inte äter någonting är de mycket svåra att upptäcka; du kan bara göra det genom att observera deras gravitationseffekt på den omgivande rum-tiden.

Ett av problemen fysiker står inför är den stora skenbara mängden mörk materia. Enligt våra beräkningar består bara 15 procent av materia i universum av normal materia. De övriga 85 procenten är mörk materia.

Det är extremt utmanande att göra upp med svarta hål. Enligt våra modeller bildas svarta hål med stjärnmassa från massiva stjärnor, och det finns helt enkelt inte tillräckligt med massiva stjärnor där ute för att ens komma nära att generera det antalet svarta hål. De flesta av universums stjärnor är pirrande röda dvärgar.

Ursprungliga svarta hål är dock en annan sak, vilket är anledningen till att de under senare år har settnågot av en väckelsesom enkandidat för mörk materia. Som namnet antyder är dessa svarta hål som kunde ha bildats från överdensiteter i urplasman som fyllde universum omedelbart efter Big Bang.

Dessa svarta hål kan vara 'frön' från vilka andra svarta hål växte – men andra kunde också ha förblivit tillräckligt små för att undgå upptäckt.

Den här förklaringen kan också hjälpa till att förklara några andra gåtor, som hur supermassiva svarta hål – miljontals till miljarder gånger solens massa – blir så enorma. För tillfället är frågan en huvudskrapa. Enligt teamets beräkningar kunde dessa giganter ha vuxit i det tidiga universum genom att smälta samman med andra ursprungliga svarta hål, och samla närliggande gaser och stjärnor.

'Ursvarta hål, om de existerar, kan mycket väl vara fröna från vilka alla supermassiva svarta hål bildas, inklusive det i mitten av Vintergatan.' säger astronomen och fysikern Priyamvada Natarajan från Yale University.

'Vad jag personligen tycker är superspännande med den här idén är hur den elegant förenar de två riktigt utmanande problemen som jag arbetar med – det att undersöka naturen hos mörk materia och bildandet och tillväxten av svarta hål – och löser dem i ett svep. '

Ursprungliga svarta hål kan till och med hjälpa till att förklara ett mystiskt överskott av infraröd strålning i universum. Enligt teamet skulle växande ursprungliga svarta hål producera samma infraröda signatur.

Även om det verkligen skulle vara trevligt att lösa så många mysterier i 'ett svep', finns det fortfarande några frågor som skulle behöva besvaras.

Till exempel böjer sig avlägset ljus när det har färdats till oss genom gravitationsfältet i ett svart hål, och vi har helt enkelt inte upptäckt att detta händer tillräckligt ofta för att ta hänsyn till alla svarta hål som skulle utgöra 85 procent av materien i Universum.

Det är möjligt att vi helt enkelt inte har genomfört rätt sorts undersökningar. Och det här är vad teamets papper hade för avsikt att göra: inte bevisa att det finns svarta hål, utan att lägga fram ett argument för deras existens, så att vi kan ta reda på vad vi behöver leta efter.

Med rymdteleskopet James Webb – förhoppningsvis håller tummarna –beräknas lanseras snart, vi kanske kan få några svar.

'Om de första stjärnorna och galaxerna redan bildades under den så kallade 'mörka tidsåldern', borde Webb kunna se bevis på dem.' säger astronomen Günther Hasinger från Europeiska rymdorganisationen.

Forskningen har antagits The Astrophysical Journal , och är tillgänglig på preprint-servern arXiv .

Populära Kategorier: Förklarare , Tech , Plats , Natur , Miljö , Hälsa , Samhälle , Människor , Fysik , Okategoriserad ,

Om Oss

Publicering Av Oberoende, Beprövade Fakta Om Rapporter Om Hälsa, Rymd, Natur, Teknik Och Miljö.