Η σκοτεινή ύλη αποτελείται από μαύρες τρύπες;
Θα μπορούσε η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από αρχέγονες μαύρες τρύπες, τόσο πολλές όσο τα αστέρια; Είναι μια παλιά, απίθανη ιδέα, αλλά έκανε μια επιστροφή σαν τον Λάζαρο πριν από ένα χρόνο, όταν η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων έδειξε ότι ο κόσμος είναι γεμάτος με απροσδόκητα βαριές μαύρες τρύπες. Με τις δεκαετίες αναζητήσεις να αποτυγχάνουν να βρουν τα υποθετικά σωματίδια της σκοτεινής ύλης που έχουν ευνοήσει οι θεωρητικοί, οι φυσικοί στρέφονται σε πιο ριζοσπαστικούς τρόπους για να εξηγήσουν τη μάζα που λείπει από το σύμπαν.
«Είναι μια τρελή ιδέα», λέει ο Marc Kamionkowski, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, η ομάδα του οποίου υποστήριξε τη σκοτεινή ύλη της μαύρης τρύπας εδώ την περασμένη εβδομάδα σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής. «Όμως κάθε ιδέα για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη είναι μια τρελή ιδέα». Άλλοι είναι δύσπιστοι και νέες μελέτες προσθέτουν στις αμφιβολίες. Για να ισχύσει η ιδέα, "Νομίζω ότι χρειάζεστε μερικά θαύματα", λέει ο Daniel Holz, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις.
Οι συνηθισμένες μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν μεμονωμένα αστέρια καταρρέουν και πιστεύεται ότι έχουν μάζα περίπου 15 φορές τη μάζα του ήλιου. Και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στα γαλαξιακά κέντρα καταπίνουν δισεκατομμύρια αστέρια. Αλλά οι αστροφυσικοί δεν είδαν πώς τα αστέρια που καταρρέουν θα μπορούσαν να σχηματίσουν μαύρες τρύπες ενδιάμεσων μαζών. Γι' αυτό ήταν έκπληξη όταν οι φυσικοί του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων με συμβολόμετρο λέιζερ (LIGO) ανακοίνωσαν τον Φεβρουάριο του 2016 ότι είχαν εντοπίσει κυματισμούς στο διάστημα από τη βίαιη συγχώνευση δύο μαύρων οπών 29 και 36 φορές μεγαλύτερης μάζας από τον ήλιο μας.
Οι θεωρητικοί λένε ότι υπάρχει ένας τρόπος για να σχηματιστούν τόσο βαριές μαύρες τρύπες ακόμη και πριν από τα πρώτα αστέρια:μέσω της άμεσης κατάρρευσης πυκνών κηλίδων στο βραστό πλάσμα των σωματιδίων που γέμισαν τον κόσμο αμέσως μετά τη μεγάλη έκρηξη. Εάν η ανακάλυψη του LIGO δεν ήταν μια στατιστική ερεθισμός, το διάστημα θα μπορούσε να γεμίσει με αυτές τις αρχέγονες μαύρες τρύπες, λέει ο Kamionkowski—αρκετά για να ληφθεί υπόψη το 85% της ύλης του σύμπαντος που λείπει.
Θα έπρεπε επίσης να έχουν αφήσει ένα σημάδι στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB). Οι ακτίνες Χ από την ύλη που στροβιλίζεται στις μαύρες τρύπες θα έπρεπε να είχαν ιονίσει μερικά από τα πρώτα άτομα, κάτι που θα είχε αλλάξει τη στίγματα του CMB. Ο Kamionkowski και οι συνεργάτες του υπολογίζουν ότι οι μαύρες τρύπες μεταξύ 20 και 100 ηλιακών μαζών θα μπορούσαν να είναι σύμφωνες με τις μετρήσεις CMB. Αλλά ο Massimo Ricotti, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Maryland στο College Park, ο οποίος έκανε έναν προηγούμενο υπολογισμό με διαφορετικές υποθέσεις, πιστεύει ότι "θα ήταν πολύ δύσκολο να υπάρχει όλη η σκοτεινή ύλη σε μαύρες τρύπες 30 ηλιακής μάζας.">
Οι παρατηρήσεις των γαλαξιών σήμερα δημιουργούν μια διαφορετική αμφιβολία για τη σκοτεινή ύλη της μαύρης τρύπας, αναφέρει ο Timothy Brandt, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ. Μαύρες τρύπες βαρύτερες από 10 ηλιακές μάζες θα έπρεπε να έχουν εγκατασταθεί εδώ και πολύ καιρό στα κέντρα των μικρών γαλαξιών, αναδεύοντας αστέρια με τη βαρύτητά τους σαν μπάλες μπόουλινγκ που ρυθμίζουν τις καρφίτσες να πετούν. Αυτό θα είχε φουσκώσει τους γαλαξίες. Ωστόσο, ο Brandt εξέτασε πέντε αμυδρά νάνους γαλαξίες κοντά στον Γαλαξία και τους βρήκε συμπαγείς και ατάραχους. "Αυτό είναι ένα πολύ ισχυρό επιχείρημα ενάντια σε αυτό το είδος σκοτεινής ύλης", λέει.
Οι βαριές μαύρες τρύπες μπορεί επίσης να προδίδουν την παρουσία τους περνώντας περιστασιακά μπροστά από πιο μακρινά αστέρια. Η βαρύτητα τους θα μεγεθύνει το αστέρι, προκαλώντας το να λαμπρύνει προσωρινά με ένα φαινόμενο που ονομάζεται μικροφακός. Δύο έρευνες μικροφακών τη δεκαετία του 1990 απέκλεισαν την πιθανότητα σμήνων μαύρων τρυπών. Επειδή όμως οι έρευνες ήταν σύντομες, ήταν ευαίσθητες μόνο σε σχετικά μικρές μαύρες τρύπες. Τα φωτεινά γεγονότα για μαύρες τρύπες 30 ηλιακής μάζας θα εκτείνονται για χρόνια, επομένως δεν έχουν ακόμη αποκλειστεί, λέει ο Ely Kovetz, κοσμολόγος στο Johns Hopkins.
Ο Kovetz ελπίζει επίσης ότι η επιβεβαίωση θα μπορούσε να προέλθει από νέα ραδιοτηλεσκόπια που έρχονται στο διαδίκτυο, όπως το Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) στους καταρράκτες Okanagan. Από το 2007, οι αστρονόμοι γνώριζαν για λάμψεις χιλιοστών του δευτερολέπτου ραδιοκυμάτων που ονομάζονται γρήγορες ραδιοεκρήξεις (FRB). Ο μικροφακισμός από μια μαύρη τρύπα 30 ηλιακής μάζας θα πρέπει να δημιουργήσει μια γρήγορη ηχώ μιας έκρηξης, καθιστώντας τη μαύρη τρύπα ευκολότερη την ανίχνευση. Το CHIME θα πρέπει να εντοπίσει χιλιάδες FRB σε λίγα χρόνια, λέει ο Kovetz, αρκετά για να αναζητήσουμε ενδεικτικές ηχώ.
Η Katelin Schutz, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, λέει ότι η διαύγεια θα μπορούσε να έρθει ακόμη πιο γρήγορα από αστρικούς φάρους που ονομάζονται πάλσαρ χιλιοστών του δευτερολέπτου, οι οποίοι εκπέμπουν εξαιρετικά τακτικούς παλμούς ραδιοκυμάτων. Ο μικροφακός από μια μαύρη τρύπα θα πρέπει να επιβραδύνει ελαφρώς τους παλμούς, αναφέρει. Αυτές οι αλλαγές θα συνέβαιναν με την πάροδο των ετών, αλλά οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου έχουν ήδη 30 χρόνια δεδομένων στα οποία μπορούν να αναζητήσουν, λέει.
Η ανακάλυψη του LIGO πυροδότησε αυτή τη συζήτηση, αλλά το LIGO είναι απίθανο να το τερματίσει. Τον περασμένο Ιούνιο, η κοινοπραξία ανέφερε μια δεύτερη συγχώνευση μαύρης τρύπας, αλλά οι εμπλεκόμενες μαύρες τρύπες ζύγιζαν μόλις 8 και 14 ηλιακές μάζες. Και την περασμένη εβδομάδα, το LIGO είπε ότι βρήκε δύο «πυροδοτήσεις» σε νέα δεδομένα που ελήφθησαν από τον Νοέμβριο του 2016 – τα οποία θα μπορούσαν επίσης να καταλήξουν να είναι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Αλλά ο Kovetz λέει ότι το LIGO θα χρειαστεί να εντοπίσει περίπου 100 μαύρες τρύπες πριν προκύψει μια πραγματική απογραφή των μαζών τους. Αυτό μπορεί να διαρκέσει μια δεκαετία.
