Primordiální černé díry a problém stále chybějící temné hmoty v našem vesmíru

Plazma velice mladého vesmíru byla extrémně horká a hustá. Významnou roli v ní hrály všechny interakce, takže v této kvarkgluonové kaši mohly vznikat četné nehomogenity, kvantové fluktuace. Ty by za příhodných podmínek, kdy se vesmír během okamžiku ze singularity nafoukl do ohromných rozměrů, dokázaly stlačit pod svůj gravitační poloměr a zkolabovat do podoby černé díry.

Takovéto primordiální černé díry mohou mít široké spektrum průměrů a hmotností. Narozdíl od černých děr, které vznikají kolapsem hvězd. Mohly se tak, teoreticky, vytvořit miniaturní primordiální černé díry o libovolně malých hmotnostech. I hluboko pod mezí 2×10³⁰ kg (hmotnost Slunce) a s průměry odpovídající třeba průměru atomového jádra. Hmotnost takovýchto černých děr se může pohybovat v rozmezí od 10^-8 kg po tisíce Sluncí (10³³ kg). Tedy v neuvěřitelném rozmezí 41 řádů! Například černá minidíra s hmotností 10¹² kg by měla gravitační poloměr asi 10^-15 m a chovala by se navenek jako částice.

V raném vesmíru během tzv. inflační fáze existovaly vhodné podmínky pro vznik různých nehomogenit, které mohly zkolabovat do černých děr. Skutečně miniaturní primordiální černé díry již v důsledku tzv. Hawkingova vyzařování (Hawkingovy evaporace) zanikly. Do dnešních dnů mohly přečkat jen ty, jejichž počáteční hmotnost přesáhla 5×10¹¹ kg. Jen takovéto černé minidíry mají životnost delší, než je současné stáří vesmíru (černá díra s hmotností M se Hawkingovým vyzařováním vypaří za dobu T = 10⁶⁵.(M/M_S)³ let).

Existence primordiálních černých děr by dokázala elegantně vysvětlit existenci černých veleděr v mladém vesmíru. Ty by vznikaly splýváním jednotlivých děr, resp. miniděr. Dalším nabalováním okolní hmoty by primordiální černé veledíry dokázaly narůst do současných černých monster s hmotnostmi snad až nad 10¹⁵ M_S (hmotností Slunce).

Konečná fáze vypařování černé díry má podobu obří exploze, intenzivního záblesku tvrdého gama záření. V dnešním vesmíru by takovýchto primordiálních černých děr mohlo být až 300 v krychlovém světelném roku. Ve vesmíru by podle výpočtů astrofyziků mohlo docházet až k několika tisícům fůzí těchto černých děr za rok. Tyto fůze, resp. jejich projevy, by jednak měly detekovat gama observatoře a nebo observatoře gravitačních vln. Pozorování tomu ale zatím nenasvědčují.

Existence primordiálních černých děr by vyřešila i druhý z palčivých problémů okolo temné hmoty ve vesmíru. Nebylo by zapotřebí žádných nových částic ani exotické fyziky, standardní model částic by se přestal viklat v základech. Vyřešilo by to i záhadu okolo nadbytku infračerveného záření ve vesmíru synchronizovaného s rentgenovým zářením.

Použité zdroje

• Primordial black holes as a dark matter candidate
• Černé díry
• Primordial Black Hole Dark Matter and the LIGO/Virgo observations
• Primordiální černé díry a bílé díry
• Primordial black hole
• Atomic-sized primordial black holes: what new experimental evidence suggest
• What are primordial black holes?

Líbil se vám tento článek?

Podpořte tento web, třeba peněžitým darem, který bude využit k dalšímu technickému rozvoji stránek. Učinit tak můžete bankovním převodem na účet

2502526845 / 2010

Podpořit nás můžete i dalšími způsoby, třeba objednávku některé z knih, turistických průvodců. K rychlému provedení platby můžete využít i přiložený QR kód obsahující údaje k platbě v přednastavené částce 80 Kč. Výši částky si nakonec ale určete sami.