Крошечные черные дыры могут скрываться внутри астероидов, лун и даже планет, подобных нашей

Малые первичные черные дыры (МПЧД) сегодня являются одной из горячих тем в астрономии и космологии. Считается, что эти гипотетические черные дыры образовались вскоре после Большого взрыва из карманов субатомной материи, настолько плотных, что они подверглись гравитационному коллапсу.

В настоящее время ПЧД считаются кандидатами на роль темной материи, возможной источник первичных гравитационных волн и решение различных проблем физики. Однако до сих пор не наблюдалось однозначного кандидата на ПЧД, что привело к предложениям о том, как мы можем найти эти миниатюрные черные дыры.

Недавние исследования показали, что нейтронные звезды главной последовательности и карликовые звезды могут содержать небольшие ПЧД в своих частицах. внутренние помещения, которые медленно потребляют запасы газа.

В недавнем исследовании группа физиков расширила эту идею, включив в нее новый способ потенциального обнаружения PBH. По сути, мы могли бы искать внутри таких объектов, как планеты и астероиды, или использовать большие пластины или металлические плиты для обнаружения ЧДД на предмет признаков их прохождения.

Обнаружив микроканалы, которые оставляют эти тела, ученые могли бы наконец подтвердить существование PBH и проливают свет на некоторые из величайших загадок современной космологии.

Исследование провел Де-Чанг Дай, физик из Национального университета Донгхва на Тайване и Центра образования и исследований в области космологии. и астрофизики (CERCA) в Университете Кейс Вестерн Резерв, а также Деян Стойкович, физик из группы физики высоких энергий и космологии в Университете штата Нью-Йорк в Буффало.

Документ, в котором подробно описываются их открытия, недавно появился в Интернете и рассматривается для публикации в журнале Физика Темной Вселенной.

Ученые были очарованы первичными чёрными дырами на протяжении десятилетий с тех пор, как российские учёные Игорь Новиков и Яков Зельдович предсказали их существование в 1966 году. Они также были источником интереса для Стивена Хокинга, чей Работа над ПЧД привела к его революционному открытию в 1974 году, что черные дыры могут испаряться с течением времени.

Хотя для испарения более крупных и промежуточных черных дыр потребуется больше времени, чем нынешний возраст Вселенной (около 13,8 миллиардов лет). , меньшие PBH, возможно, уже сделали это или могут сделать это.

Однако интерес к PBH пережил ренессанс в последние годы, поскольку они служат кандидатами в темную материю, источник первичных гравитационных волн ( ГВ) и многое другое. Как и темная материя, их существование могло бы помочь разрешить некоторые важные космологические загадки, но подтвержденных наблюдений пока не было сделано.

Как Де-Чанг и Стойкович рассказали Universe Today по электронной почте, что именно это побудило их предложить новые методы обнаружения:

«Если астероид, или луна, или маленькая планета (планетоид) имеет жидкое ядро, окруженное твердой корой, то небольшая ЧДД относительно быстро поглотит плотное жидкое ядро ​​(в течение нескольких недель или месяцев). Кора останется неповрежденной, если материал достаточно прочен, чтобы выдерживать гравитационное напряжение.

Таким образом, мы получим полую структуру. Если центральная черная дыра будет выброшена (из-за столкновения с другими объектами), плотность будет ниже обычной плотности каменного объекта с жидким ядром.»

Кроме того, Де-Чанг и Стойкович рассчитали гравитационное напряжение, которое будут создавать небольшие ПЧД. Затем они сравнили это с прочностью на сжатие материалов, составляющих кору планеты, таких как силикатные минералы (камни), железо и другие элементы. Они также рассмотрели самые прочные искусственные материалы, такие как многостенные углеродные нанотрубки.

«Мы обнаружили, например, что гранит может поддерживать полые структуры радиусом до 1/10 радиуса Земли», — сказал Стойкович. . «Вот почему нам следует сосредоточиться на планетоидах, лунах или астероидах».

Эти расчеты предлагают средства для поиска доказательств существования ЧДД в космосе и здесь, на Земле. Возможные кандидаты на планетоиды, спутники или астероиды могут быть идентифицированы в нашей Солнечной системе путем наблюдения за их массой и радиусом, чтобы получить оценку их плотности.

Это позволит астрономам идентифицировать потенциально полые объекты для последующих исследований зонды, спускаемые аппараты и другие роботизированные космические миссии. В качестве альтернативы они рекомендуют создать датчики для поиска PBH путем обнаружения их прохождения. Сказал Стойкович:

«Если небольшая ПЧД пройдет через какой-то твердый материал, она оставит прямой длинный туннель радиуса, сравнимого с радиусом ПЧД. Например, ПЧД массой 1023 г должна покинуть туннель с радиус 0,1 микрона. [Энергии], которые могут иметь такие ЧД, значительны, но [энергии], которые они вкладывают в материал, очень малы. Фактически, такая ЧД может даже пройти через человеческое тело, а мы бы этого не сделали. даже заметите, потому что ткани человеческого тела имеют очень низкое напряжение».

Таким образом, ученые могут сканировать микротоннели в обычных материалах, которые мы находим лежащими повсюду (например, в стекле или камнях). В то же время, говорят Де-Чанг и Стойкович, для этой цели можно было бы подготовить большие плиты полированного металла. Подобно обнаружению нейтрино, эти плиты необходимо будет изолировать, чтобы можно было зарегистрировать любое внезапное изменение их свойств.

«Ожидаемый поток этих ПЧД очень мал, и мы можем в конечном итоге ничего не обнаружить, но Возможная отдача от открытия ПЧД будет огромной, особенно с учетом того, что такие эксперименты будут очень дешевыми», — сказал Стойкович.

Как добавил Де-Чанг, в последние годы было высказано предположение, что некоторые первичные черные дыры могут быть скрытым среди звезд. Стивен Хокинг однажды предложил эту идею, которая легла в основу двух исследований, одно из которых было опубликовано в 2019 году, а другое в прошлом году.

«Также предполагается, что первичные черные дыры могут излучать гамма-лучи. Сильные гамма-лучи в Гало темной материи Млечного Пути может быть хорошим намеком на существование первичных черных дыр», — сказал Де-Чанг.

«Гравитационное микролинзирование может быть еще одним способом идентификации первичных черных дыр».

Эта статья была первоначально опубликована журналом Universe Today. Прочтите оригинал статьи.