Ursprungliga svarta hål (PBH) har nyligen fått mycket uppmärksamhet i fysiksamhället. En av de främsta anledningarna är den potentiella kopplingen till mörk materia. I själva verket, om PBH:er kan bevisas existera, finns det en mycket god chans att de är vad mörk materia, den osynliga sak som utgör 85% av universums massa, är gjord av. Om det bevisas skulle det säkert vara en upptäckt på Nobelnivå inom astrofysik.
Men för att bevisa det måste någon hitta dem först. Än så länge existerar PBH endast i teorin. Men vi närmar oss att bevisa att de existerar, och en ny tidning publicerades på arXiv preprint-server av Marcos Flores från Sorbonne och Alexander Kusenko från UCLA spårar några idéer om hur vi äntligen skulle kunna hitta PBH och därigenom bevisa eller motbevisa deras koppling till mörk materia.
Drs. Flores och Kusenko fokuserar på att förstå teorier om PBH-bildning och sedan extrapolera hur dessa formationer kan upptäckas, även med modern utrustning. Ett typiskt svart hål, som vi vet existerar, bildas när supermassiva stjärnor kollapsar under sin egen vikt.
PBHs bildades innan några stjärnor av sådan storlek var tillgängliga för att kollapsa, så de måste bildas med en annan mekanism. Uppsatsen beskriver en teoretiserad PBH-bildningsprocess som involverar en detaljerad matematisk titt på partikelasymmetri och hur det passar in med andra modeller av partikelfysik. Men hur kan astronomer se dessa formationer?
Ett sätt är att se en förlust av vinkelmomentum. Astronomer kan observera "halos" av partiklar tidigt i universum. I många fall snurrar de snabbt. Men om deras spin avtar dramatiskt, kan det tyda på att en PBH bildades i närheten, som tappade en del av energin från det vinkelmomentet genom att dra partiklarna mot sig själva.
Ett annat sätt är att titta på en ny favoritmekanism hos astronomer överallt - gravitationsvågor. Det är inte helt klart om bildandet av PBH kan orsaka gravitationsvågor. Ändå diskuterar artikeln några ramverk som potentiellt kan leda till en teori om huruvida de gör det.
Supersymmetri tillhandahåller ett av dessa ramverk. I vissa fall kan det tidiga universum som fungerar enligt principerna för supersymmetri bilda en PBH som skulle bilda en gravitationsvåg som nästa generation gravitationsvågsdetektorer potentiellt skulle kunna detektera. I synnerhet skulle det involvera vad tidningen kallar en "poltergeistmekanism" som är ett resultat av rum-tidsstörningar i vissa teorier.
Ett sista sätt att upptäcka dessa PBH är att titta på gravitationslinser. Vissa experiment som Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) och Hyper Suprime-Cam (HSC) från Subaru-teleskopet har noterat gravitationell mikrolinsning där det inte finns något känt massivt föremål som orsakar sådan linsning. PBH, som i praktiken skulle vara osynliga för dessa teleskop, skulle kunna erbjuda en förklaring, även om andra förklaringar måste uteslutas först.
Andra teorier erbjuder andra möjligheter för PBH-detektion, inklusive att titta på interaktionen mellan "Q-bollar" eller teoretiska stora "blobbar" av materia. Om tillräckligt många av dessa samlas ihop kan de potentiellt bilda en PBH.
I slutändan finns det fler frågor än svar kring dessa mystiska föremål. Om de finns skulle de kunna svara på många av dem. Det behövs dock mer data för att bevisa det bortom alla rimliga tvivel. Experimentalister driver redan så snabbt de kan för att utveckla nya och bättre detektorer som kan hjälpa till i jakten på PBH. Om de finns är det bara en tidsfråga innan vi hittar dem.
Mer information: Marcos M. Flores et al, Nya idéer om bildning och astrofysisk upptäckt av primordiala svarta hål, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.05430
Journalinformation: arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
