Sićušne crne rupe se možda kriju svuda oko nas

Ako zamislite nastanak crne rupe vjerojatno ćete pomisliti na ogromnu zvijezdu koja ostaje bez goriva i koja se urušava sama u sebe. Ipak, kaotični uvjeti ranog svemira možda su također omogućili stvaranje mnogih malih crnih rupa i to mnogo prije prvih zvijezda.

O ovim primordijalnim crnim rupama teoretiziralo se desetljećima i mogle bi čak biti uvijek nedostižna tamna tvar, nevidljiva materija koja čini 85% ukupne mase svemira, no niti jedna primordijalna crna rupa nikada nije opažena.

Novo istraživanje koje vodi Sveučilište u Buffalu predlaže razmišljanje o velikom i malom kako bi se potvrdilo njihovo postojanje, sugerirajući da bi njihovi potpisi mogli varirati od vrlo velikih poput šupljih planetoida u svemiru, do sićušnih mikroskopskih tunela u svakodnevnim materijalima koji se nalaze na Zemlji, poput kamenja, metala i stakla.

Teorijska studija tvrdi da bi iskonska crna rupa zarobljena unutar velikog stjenovitog objekta u kozmosu potrošila svoju tekuću jezgru i ostavila je šupljom. Alternativno, brža primordijalna crna rupa mogla bi za sobom ostaviti ravne tunele dovoljno velike da budu vidljivi mikroskopom ako prolazi kroz čvrsti materijal, uključujući materijale ovdje na Zemlji.

"Šanse da se pronađu ti potpisi su male, ali potraga za njima ne bi zahtijevala mnogo resursa, a potencijalna dobit, prvi dokaz primordijalne crne rupe, bila bi ogromna", kaže koautor studije, dr. Dejan Stojković, profesor fizike na Visokoj školi za umjetnost i znanost UB, koji je diplomirao fiziku na Sveučilištu u Beogradu. "Moramo razmišljati izvan okvira jer ono što je ranije učinjeno da se pronađu primordijalne crne rupe nije uspjelo."

Studija je izračunala koliko bi šuplji planetoid mogao biti velik a da se ne uruši sam u sebe, te kolika je vjerojatnost da iskonska crna rupa prođe kroz objekt na Zemlji. (Ako ste zabrinuti zbog primordijalne crne rupe koja prolazi kroz vas, nemojte biti. Studija je zaključila da to ne bi bilo fatalno).

Kako se svemir brzo širio nakon Velikog praska, područja svemira su možda bila gušća od svoje okoline, uzrokujući kolaps i formiranje primordijalnih crnih rupa (PBH). PBH bi imale mnogo manju masu od zvjezdanih crnih rupa koje su kasnije formirale umiruće zvijezde, ali bi i dalje bile izuzetno guste, poput mase planine zbijene u područje veličine atoma.

Stojković, koji je ranije predložio gdje pronaći teoretske crvotočine, zapitao se je li PBH ikada ostao zarobljen unutar planeta, mjeseca ili asteroida, bilo tijekom ili nakon njegovog formiranja.

"Ako objekt ima tekuću središnju jezgru, tada uhvaćeni PBH može apsorbirati tekuću jezgru, čija je gustoća veća od gustoće vanjskog čvrstog sloja", kaže Stojković.

PBH bi tada mogao pobjeći iz objekta ako je na njega udario asteroid, ne ostavljajući ništa osim šuplje ljuske. Ali bi li takva ljuska bila dovoljno jaka da sama sebe podupire ili bi se jednostavno srušila pod vlastitom napetosti? Uspoređujući snagu prirodnih materijala poput granita i željeza s površinskom napetosti i površinskom gustoćom, istraživači su izračunali da takav šuplji objekt ne može biti veći od jedne desetine polumjera Zemlje, što ga čini vjerojatnijim da je patuljasti planet nego pravi planet. 

Ovi šuplji objekti mogli bi se otkriti teleskopima. Masa, a time i gustoća, može se odrediti proučavanjem orbite objekta. "Ako je gustoća objekta preniska za njegovu veličinu, to je dobar pokazatelj da je šupalj", kaže Stojković.

Za objekte bez tekuće jezgre, PBH-i bi jednostavno mogli proći i iza sebe ostaviti ravan tunel, predlaže studija. Na primjer, PBH s masom od 10²² grama iza sebe bi ostavio tunel debljine 0,1 mikrona.

Velika ploča od metala ili drugog materijala mogla bi poslužiti kao učinkovit detektor crne rupe tako što bi se pratila iznenadna pojava ovih tunela, ali Stojković kaže da biste imali bolje izglede tražiti postojeće tunele u vrlo starim materijalima, od zgrada koje su stare stotine godina, do stijena starih milijardama godina.

Ipak, čak i pod pretpostavkom da se tamna tvar doista sastoji od PBH-a, izračunali su da je vjerojatnost da PBH prođe kroz milijardu godina staru gromadu 0,000001 posto.

Dakle, vjerojatnost da PBH prođe kroz vas tijekom vašeg života je u najmanju ruku mala. Čak i da jest, vjerojatno to ne biste primijetili, jer za razliku od stijene, ljudsko tkivo ima malu količinu napetosti, tako da ga PBH ne bi raskomadao. I dok je kinetička energija PBH-a golema, ne može je osloboditi puno tijekom sudara jer se kreće tako brzo.

Istraživanje objavljeno u časopisu Physics of the Dark Universe možete pronaći na ovoj poveznici.