Ursprungliga svarta hål är hypotetiska objekt som bildas under universums tidigaste ögonblick. Enligt modellerna bildades de från mikrofluktuationer i materiens densitet och rumstid för att bli sandkornsstora bergmassade svarta hål.
Även om vi aldrig har upptäckt ursprungliga svarta hål, har de alla nödvändiga egenskaper för mörk materia, som att inte avge ljus och förmågan att samlas runt galaxer. Om de finns skulle de kunna förklara det mesta av mörk materia.
Nackdelen är att de flesta ursvarta hålskandidater har uteslutits genom observation. Till exempel, för att redogöra för mörk materia skulle det behöva finnas så många av dessa gravitationella pipsqueaks att de ofta skulle passera framför en stjärna från vår utsiktspunkt. Detta skulle skapa en mikrolinsning som vi bör observera regelbundet. Flera himmelsundersökningar har letat efter en sådan händelse utan resultat, så PBH mörk materia är inte en populär idé nuförtiden.
Ett nytt verk, publicerat på arXiv preprint server, tar ett lite annorlunda tillvägagångssätt. Istället för att titta på typiska ursvarta hål, betraktar den ultralätta svarta hål. Dessa är i den lilla änden av möjliga massor och är så små att Hawking-strålning skulle spela in.
Hastigheten för Hawking-förfall är omvänt proportionell mot storleken på ett svart hål, så dessa ultralätta svarta hål bör stråla ut till slutet av livet på en kort kosmisk tidsskala. Eftersom vi inte har en fullständig modell av kvantgravitation, vet vi inte vad som skulle hända med ultralätta svarta hål i slutet, vilket är där detta papper kommer in.
Som författaren noterar finns det i princip tre möjliga utfall. Den första är att det svarta hålet strålar bort helt. Det svarta hålet skulle sluta som en kort blixt av högenergipartiklar. Den andra är att någon mekanism förhindrar fullständig avdunstning och det svarta hålet når något slags jämviktstillstånd. Det tredje alternativet liknar det andra, men i det här fallet orsakar jämviktstillståndet att händelsehorisonten försvinner, vilket lämnar en exponerad tät massa känd som en naken singularitet. Författaren noterar också att för de två sistnämnda resultaten kan objekten ha en elektrisk nettoladdning.
För avdunstningsfallet skulle det största okända vara tidsskalan för avdunstning. Om PBH:er från början är små skulle de avdunsta snabbt och lägga till återuppvärmningseffekten av det tidiga kosmos. Om de avdunstar långsamt borde vi kunna se deras död som en blixt av gammastrålar. Ingen av dessa effekter har observerats, men det är möjligt att detektorer som Fermis Large Area Telescope kan fånga en på bar gärning.
För de två sistnämnda alternativen hävdar författaren att jämvikt skulle uppnås runt Planck-skalan. Resterna skulle vara protonstora men med mycket högre massor. Tyvärr, om dessa rester är elektriskt neutrala skulle de vara omöjliga att upptäcka. De skulle inte sönderfalla till andra partiklar, och de skulle inte heller vara tillräckligt stora för att upptäcka direkt. Detta skulle matcha observation, men är inte ett tillfredsställande resultat. Modellen är i princip obevisbar. Om partiklarna har en laddning kan vi kanske upptäcka deras närvaro i nästa generation neutrinodetektorer.
Huvudsaken med detta arbete är att ursvarta hål inte helt utesluts av aktuella observationer. Tills vi har bättre data, ansluter den här modellen till den teoretiska högen av många andra möjligheter.
Mer information: Stefano Profumo, Ultralight Primordial Black Holes, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2405.00546
Journalinformation: arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
