Већ око 50 година научна заједница се бори са суштинским проблемом: нема довољно видљиве материје у универзуму.
Сва материја која се може видјети - звијезде, планете, космичка прашина и све између - не може објаснити зашто се универзум понаша онако како се понаша, а мора је имати пет пута више да би посматрања истраживача имала смисла, тврди НАСА. Научници то називају тамном материјом јер не реагује са свјетлошћу и невидљива је, пише "ЦНН".
Седамдесетих година прошлог вијека, амерички астрономи Вера Рубин и В. Кент Форд потврдили су постојање тамне материје посматрајући звијезде које круже на ивици спиралних галаксија. Примијетили су да су се ове звијезде кретале пребрзо да би их заједно држала видљива материја галаксије и њена гравитација - требало је да се разлете. Једино објашњење је била велика количина невидљиве материје која је повезивала галаксију.
"Оно што видите у спиралној галаксији, није оно што добијате. Њен рад је заснован на хипотези коју је 1930-их формулисао швајцарски астроном Фриц Цвики и покренуо је потрагу за неухватљивом супстанцом", каже Рубин.
Од тада, научници покушавају да директно посматрају тамну материју и чак су направили велике уређаје да је открију - али до сада, без имало успеха.
На почетку претраге, познати британски физичар Стивен Хокинг претпоставио је да би се тамна материја могла сакрити у црним рупама - главни предмет његовог рада - формираним током великог праска.
Сада, нова студија истраживача са Масачусетског института за технологију вратила је теорију у центар пажње, откривајући од чега су направљене ове црне рупе потенцијално откривајући потпуно нову врсту егзотичне црне рупе у том процесу.
"Користили смо чувене прорачуне Стивена Хокинга о црним рупама, посебно његово важно откриће о зрачењу које црне рупе емитују. Ове егзотичне црне рупе научници откривају током истраживања тамне материје - оне су нуспроизвод објашњавања тамне материје", каже Дејвид Кајсер, један од аутора студије.
Први квинтилионти дио секунде
Научници су много нагађали шта би тамна материја могла бити, у распону од непознатих честица до екстремних димензија. Међутим, Хокингова теорија црних рупа тек је у посљедње вријеме постала предмет изучавања.
"Људи то нису схватали озбиљно до прије можда 10 година. А то је зато што су црне рупе некада изгледале неухватљиво - почетком 20. вијека људи су мислили да су то само математичке чињеница, ништа физичко", каже коауторка студије Елба Алонсо-Монсалве, студент МИТ-а.
Сада се зна да скоро свака галаксија има црну рупу у свом центру, а откриће истраживача Ајнштајнових гравитационих таласа насталих сударањем црних рупа 2015. године јасно је показало да су оне свуда.
"У ствари, универзум врви од црних рупа. Али честица тамне материје није пронађена, иако су људи тражили на свим мјестима гдје су очекивали да ће је пронаћи. Ово не значи да тамна материја није честица, или да је црна рупа. То може бити комбинација обоје. Али сада се црне рупе као кандидати за тамну материју схватају много озбиљније", наводи Алонсо-Монсалве.
Друга недавна истраживања потврдила су валидност Хокингове хипотезе, али рад Алонсо-Монсалве и Кајсера, професора физике и Гермесхаусена професора историје науке на МИТ-у, иде корак даље и испитује шта се тачно догодило када је прва црна рупа формирана. Истраживање, објављено у јуну, открива да су ове црне рупе морале да се појаве у првом квинтилионтом дијелу секунде великог праска.
"То је заиста рано, формиране су прије протона и неутрона који су саставни дио свега што постоји", каже Алонсо-Монславе.
Она објашњава да се у реалном свијету не могу пронаћи раздвојени протони и неутрони јер се они представљају као елементарне честице. Међутим, они то заправо нису јер су састављени од још мањих честица – кваркова који се спајају са глуонима.
"Сада не можете пронаћи кваркове и глуоне саме и слободне у универзуму, јер је превише хладно. Али рано у великом праску, када је било веома вруће, могли су се наћи сами и слободни. Дакле, примордијалне црне рупе су настале апсорбовањем слободних кваркова и глуона", додаје Алонсо-Монсалве.
Дуготрајан потпис
Према истраживању, током прављења примордијалних црних рупа, морао се формирати још један тип раније невидљиве црне рупе као нека врста нуспроизвода и она би била знатно мања.
"Ове мале црне рупе, због своје величине, могле би да покупе ријетко и егзотично својство из кварк-глуонске везе у којој се формирао набој боје - стање наелектрисања које је искључиво за кваркове и глуоне, које се никада не налазе у обичним објектима", каже Кајсер.
Овај набој боје их чини јединственим међу црним рупама, које обично немају никакав набој.
"Неизбјежно је закључити да би се и ове још мање црне рупе формирале, као нуспродукт формирања примордијалних црних рупа", каже Алонсо-Монсалве и додаје да их данас више не би било јер би већ испариле.
Међутим, да су још постојали само десет милионитих дијелова секунде у Великом праску, када су се формирали протони и неутрони, могли су да оставе видљиве потписе мијењајући равнотежу између два типа честица.
"Равнотежа између броја протона и неутрона је веома деликатна и зависи од тога које су друге ствари постојале у свемиру у то вријеме. Да су ове црне рупе са набојем у боји и даље биле ту, могле су да помјере равнотежу између протона и неутрона (у корист једног или другог) довољно да можемо да их измјеримо", додаје она.
Мјерење би могло да се изврши уз помоћ земаљских телескопа, истиче Кајзер и додаје да би могао постојати други начин да се потврди постојање ових егзотичних црних рупа.
"Прављење популације црних рупа је веома насилан процес који би послао огромне таласе у околном простору-времену. Оне би се смањиле током космичке историје, али не на нулу. Сљедећа генерација гравитационих детектора могла би да ухвати поглед на црне рупе мале масе – егзотично стање материје које је било неочекивани нуспродукт свјетских црних рупа које би данас могле да објасне тамну материју", каже Кајсер.
Многи облици тамне материје
Шта то значи за текуће експерименте који покушавају да открију тамну материју, као што је ЛЗ експеримент тамне материје у Јужној Дакоти?
"Идеја да постоје егзотичне нове честице остаје занимљива хипотеза. Постоје и друге врсте великих експеримената, од којих су неки у изградњи, тражећи отмјене начине за откривање гравитационих таласа. И они би заиста могли да покупе неке од залуталих сигнала из веома насилног процеса формирања примордијалних црних рупа", каже Кајсер.
Алонсо-Монсалве се надовезује на Кајсерову хипотезу и каже да постоји могућност да су примордијалне црне рупе само дјелић тамне материје.
"Не мора баш све бити исто. Постоји пет пута више тамне материје него обичне материје, а редовна материја се формира од читавог низа различитих честица. Па зашто би тамна материја била једна врста објекта", наводи она.
Доцент на одсјеку за физику Универзитета у Мајамију Нико Капелути није био укључен у студију али тврди да су примордијалне црне рупе поново стекле популарност открићем гравитационих таласа.
"Истраживање је узбудљиво и предлаже нови механизам формирања прве генерације црних рупа", каже Приамвада Натарајан, професор астрономије и физике који је био укључен у истраживање.
"Сав водоник и хелијум који данас имамо у нашем универзуму створени су у прва три минута, и да је до тада било довољно ових примордијалних црних рупа, оне би утицале на тај процес и ти ефекти би се могли открити", додаје он, преноси "Нин"
