Ar putea materia intunecata care domina Universul sa fie alcatuita din gauri negre primordiale?

Dupa descoperirea celor doua gauri negre care in urma colapsului gravitational au general undele gravitationale masurate de catre LIGO aceasta ipoteza este discutata intens de catre oamenii de stiinta, care incearca sa efectueze noi masuratori astronomice care sa o confirme sau, dimpotriva, sa o elimine definitiv.

 

Materia intunecata si gaurile negre reprezinta doua mari mistere ale fizicii moderne. Materia intunecata pare sa domine Universul, fiind de circa cinci ori mai abundenta decat materia “normala”. Efectele materiei intunecate se resimt prin gravitatia pe care aceasta o exercita asupra materiei normale, precum stele sau galaxii. Astfel, galaxiile par sa contina o cantitate enorma de materie intunecata, despre care nu stim din ce ar putea sa fie alcatuita. O ipoteza ar fi cum ca materia intunecata, care deci nu emite lumina si nu interactioneaza cu materia normala decat prin gravitatie si, poate, extrem de slab prin noi forte inca nedescoperite, ar fi cum ca aceasta este alcatuita din particule inca nedescoperite. Particule cu masa mult mai mare decat particulele de materie normala, adica electroni, protoni sau neutroni, sau, in alte teorii, particule cu masa mult mai mica (axionii). Experimente la acceleratoarele de particule sau in laboratoarele subterane incearca sa detecteze semnale rezultate in urma interactiunii particulelor de materie intunecata cu detectoarele noastre. Pana in prezent insa fara succes. Nu au fosr descoperite urme ale existentei de particule care ar putea alcatui materia intunecata. Experimente la marele accelerator de particule Large Haadron Collider (LHC) de la Geneva, precum Atlas si CMS, continua vanatoarea particulelor de materie intunecata, la fel ca si experimentele din laboratoarele subterane, printre care XENON 1T de la Gran Sasso (in Italia) care este cel mai sensibil experiment pe urmale materiei intunecate si care si-a inceput de curand activitatea.

 

In acest context un grup de oameni di stiinta a  readus la viata o idee care nu este noua, insa pe care au reusit s-o modernizeze. Acestia sustin ca materia intunecata ar putea fi alcatuita nici mai mult nici mai putin decat din gauri negre. In urma recentei observatii a undelor gravitationale de catre antenele interferometrice LIGO din SUA generate de coliziunea a doua gauri negre cu masa de mai bine de 30 de ori masa Soarelui este posibil, sustin acestia, ca Universul sa fie plin de astfel de gauri negre. Acestea ar putea fi la fel de numeroase ca si stelele!

Cum de au ajuns cercetatorii sa faca o astfel de ipoteza, care este noutatea? Se considera ca gaurile negre care se nasc in urma mortii stelelor – a exploziei urmata de colaps gravitational – ar trebui sa aiba masa in jur de 15 ori cea a Soarelui. Gaurile negre cu masa de mai bine de 30 de ori cea a Soarelui care au generat unda gravitationala nu s-ar explica – cel putin in mod simplu – prin modelul cunoscut. Atunci acestea ar fi putut lua nastere imediat dupa Big Bang in Universul primordial, cand densitatea era atat de mare incat materia ar fi putut colapsa direct in gauri negre. Aceste gauri negre primordiale ar putea sa fie in numar enorm in Universul actual.

La ora actuala insa nu cunoastem cu precizie nuarul si distributia gaurilor negre in Univers – acestea nu emit semnale (decat daca captureaza stele care cad in interiorul lor) si nu sunt vizibile cu telescoape in mod direct. Ar putea sa fie observate daca emit unde gravitationale atunci cand se sunt intr-un sistem binar (precum cele masurate de LIGO) sau prin efecte de lentila gravitationala pe care le-ar exercita asupra luminii stelelor sau galaxiilor care se propaga pana la noi.

Noi experimente, precum CHIME (Canadian Hydrogen Mapping Experiment), un radiotelescop situat in Canada la Okanagan Falls, ar putea descoperi semnale indirecte ale existentei gaurilor negre cu masa in jur de 30 de ori cea a Soarelui. Antenele gravitationale LIGO si VIRGO (din Italia) vor cauta in continuare unde gravitationale generate de coliziunea gaurilor negre, pentru a putea intelege distributia acestora in Univers.

In viitorul apropiat vom afla daca gaurile negre ar putea reprezenta misterioasa materie intunecata sau, dimpotriva, va trebui sa continuam cautarea acesteia cu alte instrumente si noi metode.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro