Već oko 50 godina naučna zajednica se bori sa suštinskim problemom: nema dovoljno vidljive materije u univerzumu.
Sva materija koja se može vidjeti - zvijezde, planete, kosmička prašina i sve između - ne može objasniti zašto se univerzum ponaša onako kako se ponaša, a mora je imati pet puta više da bi posmatranja istraživača imala smisla, tvrdi NASA. Naučnici to nazivaju tamnom materijom jer ne reaguje sa svjetlošću i nevidljiva je, piše "CNN".
Sedamdesetih godina prošlog vijeka, američki astronomi Vera Rubin i V. Kent Ford potvrdili su postojanje tamne materije posmatrajući zvijezde koje kruže na ivici spiralnih galaksija. Primijetili su da su se ove zvijezde kretale prebrzo da bi ih zajedno držala vidljiva materija galaksije i njena gravitacija - trebalo je da se razlete. Jedino objašnjenje je bila velika količina nevidljive materije koja je povezivala galaksiju.
"Ono što vidite u spiralnoj galaksiji, nije ono što dobijate. Njen rad je zasnovan na hipotezi koju je 1930-ih formulisao švajcarski astronom Fric Cviki i pokrenuo je potragu za neuhvatljivom supstancom", kaže Rubin.
Od tada, naučnici pokušavaju da direktno posmatraju tamnu materiju i čak su napravili velike uređaje da je otkriju - ali do sada, bez imalo uspeha.
Na početku pretrage, poznati britanski fizičar Stiven Hoking pretpostavio je da bi se tamna materija mogla sakriti u crnim rupama - glavni predmet njegovog rada - formiranim tokom velikog praska.
Sada, nova studija istraživača sa Masačusetskog instituta za tehnologiju vratila je teoriju u centar pažnje, otkrivajući od čega su napravljene ove crne rupe potencijalno otkrivajući potpuno novu vrstu egzotične crne rupe u tom procesu.
"Koristili smo čuvene proračune Stivena Hokinga o crnim rupama, posebno njegovo važno otkriće o zračenju koje crne rupe emituju. Ove egzotične crne rupe naučnici otkrivaju tokom istraživanja tamne materije - one su nusproizvod objašnjavanja tamne materije", kaže Dejvid Kajser, jedan od autora studije.
Prvi kvintilionti dio sekunde
Naučnici su mnogo nagađali šta bi tamna materija mogla biti, u rasponu od nepoznatih čestica do ekstremnih dimenzija. Međutim, Hokingova teorija crnih rupa tek je u posljednje vrijeme postala predmet izučavanja.
"Ljudi to nisu shvatali ozbiljno do prije možda 10 godina. A to je zato što su crne rupe nekada izgledale neuhvatljivo - početkom 20. vijeka ljudi su mislili da su to samo matematičke činjenica, ništa fizičko", kaže koautorka studije Еlba Alonso-Monsalve, student MIT-a.
Sada se zna da skoro svaka galaksija ima crnu rupu u svom centru, a otkriće istraživača Ajnštajnovih gravitacionih talasa nastalih sudaranjem crnih rupa 2015. godine jasno je pokazalo da su one svuda.
"U stvari, univerzum vrvi od crnih rupa. Ali čestica tamne materije nije pronađena, iako su ljudi tražili na svim mjestima gdje su očekivali da će je pronaći. Ovo ne znači da tamna materija nije čestica, ili da je crna rupa. To može biti kombinacija oboje. Ali sada se crne rupe kao kandidati za tamnu materiju shvataju mnogo ozbiljnije", navodi Alonso-Monsalve.
Druga nedavna istraživanja potvrdila su validnost Hokingove hipoteze, ali rad Alonso-Monsalve i Kajsera, profesora fizike i Germeshausena profesora istorije nauke na MIT-u, ide korak dalje i ispituje šta se tačno dogodilo kada je prva crna rupa formirana. Istraživanje, objavljeno u junu, otkriva da su ove crne rupe morale da se pojave u prvom kvintiliontom dijelu sekunde velikog praska.
"To je zaista rano, formirane su prije protona i neutrona koji su sastavni dio svega što postoji", kaže Alonso-Monslave.
Ona objašnjava da se u realnom svijetu ne mogu pronaći razdvojeni protoni i neutroni jer se oni predstavljaju kao elementarne čestice. Međutim, oni to zapravo nisu jer su sastavljeni od još manjih čestica – kvarkova koji se spajaju sa gluonima.
"Sada ne možete pronaći kvarkove i gluone same i slobodne u univerzumu, jer je previše hladno. Ali rano u velikom prasku, kada je bilo veoma vruće, mogli su se naći sami i slobodni. Dakle, primordijalne crne rupe su nastale apsorbovanjem slobodnih kvarkova i gluona", dodaje Alonso-Monsalve.
Dugotrajan potpis
Prema istraživanju, tokom pravljenja primordijalnih crnih rupa, morao se formirati još jedan tip ranije nevidljive crne rupe kao neka vrsta nusproizvoda i ona bi bila znatno manja.
"Ove male crne rupe, zbog svoje veličine, mogle bi da pokupe rijetko i egzotično svojstvo iz kvark-gluonske veze u kojoj se formirao naboj boje - stanje naelektrisanja koje je isključivo za kvarkove i gluone, koje se nikada ne nalaze u običnim objektima", kaže Kajser.
Ovaj naboj boje ih čini jedinstvenim među crnim rupama, koje obično nemaju nikakav naboj.
"Neizbježno je zaključiti da bi se i ove još manje crne rupe formirale, kao nusprodukt formiranja primordijalnih crnih rupa", kaže Alonso-Monsalve i dodaje da ih danas više ne bi bilo jer bi već isparile.
Međutim, da su još postojali samo deset milionitih dijelova sekunde u Velikom prasku, kada su se formirali protoni i neutroni, mogli su da ostave vidljive potpise mijenjajući ravnotežu između dva tipa čestica.
"Ravnoteža između broja protona i neutrona je veoma delikatna i zavisi od toga koje su druge stvari postojale u svemiru u to vrijeme. Da su ove crne rupe sa nabojem u boji i dalje bile tu, mogle su da pomjere ravnotežu između protona i neutrona (u korist jednog ili drugog) dovoljno da možemo da ih izmjerimo", dodaje ona.
Mjerenje bi moglo da se izvrši uz pomoć zemaljskih teleskopa, ističe Kajzer i dodaje da bi mogao postojati drugi način da se potvrdi postojanje ovih egzotičnih crnih rupa.
"Pravljenje populacije crnih rupa je veoma nasilan proces koji bi poslao ogromne talase u okolnom prostoru-vremenu. One bi se smanjile tokom kosmičke istorije, ali ne na nulu. Sljedeća generacija gravitacionih detektora mogla bi da uhvati pogled na crne rupe male mase – egzotično stanje materije koje je bilo neočekivani nusprodukt svjetskih crnih rupa koje bi danas mogle da objasne tamnu materiju", kaže Kajser.
Mnogi oblici tamne materije
Šta to znači za tekuće eksperimente koji pokušavaju da otkriju tamnu materiju, kao što je LZ eksperiment tamne materije u Južnoj Dakoti?
"Ideja da postoje egzotične nove čestice ostaje zanimljiva hipoteza. Postoje i druge vrste velikih eksperimenata, od kojih su neki u izgradnji, tražeći otmjene načine za otkrivanje gravitacionih talasa. I oni bi zaista mogli da pokupe neke od zalutalih signala iz veoma nasilnog procesa formiranja primordijalnih crnih rupa", kaže Kajser.
Alonso-Monsalve se nadovezuje na Kajserovu hipotezu i kaže da postoji mogućnost da su primordijalne crne rupe samo djelić tamne materije.
"Ne mora baš sve biti isto. Postoji pet puta više tamne materije nego obične materije, a redovna materija se formira od čitavog niza različitih čestica. Pa zašto bi tamna materija bila jedna vrsta objekta", navodi ona.
Docent na odsjeku za fiziku Univerziteta u Majamiju Niko Kapeluti nije bio uključen u studiju ali tvrdi da su primordijalne crne rupe ponovo stekle popularnost otkrićem gravitacionih talasa.
"Istraživanje je uzbudljivo i predlaže novi mehanizam formiranja prve generacije crnih rupa", kaže Priamvada Natarajan, profesor astronomije i fizike koji je bio uključen u istraživanje.
"Sav vodonik i helijum koji danas imamo u našem univerzumu stvoreni su u prva tri minuta, i da je do tada bilo dovoljno ovih primordijalnih crnih rupa, one bi uticale na taj proces i ti efekti bi se mogli otkriti", dodaje on, prenosi "Nin"
