Starożytne czarne dziury sprzed Wielkiego Wybuchu nadal kształtują galaktyki?
Nowe badania sugerują, że reliktowe czarne dziury sprzed Wielkiego Wybuchu mogą nadal kształtować galaktyki. Okazuje się, że mogą one nadal istnieć jako „kosmiczne skamieniałości”, co potencjalnie pomaga wyjaśnić tajemniczą ciemną materię kształtującą galaktyki we Wszechświecie.
Badanie naukowców sugeruje, że Wszechświat mógł nie zaczynać się od jednego wybuchowego pochodzenia, lecz może być zgodny z kosmicznymi modelami „odbicia”, w których Wszechświat wyłonił się z wcześniejszego skurczenia i pozostawił po sobie reliktowe czarne dziury, które mogłyby przetrwać do dziś jako „kosmiczne skamieniałości”.
Jeśli te pierwotne obiekty mogą pomóc wyjaśnić kilka długo trwających tajemnic kosmologii, w tym naturę ciemnej materii oraz procesy, które zasiały powstawanie galaktyk.
Profesor Enrique Gaztañaga, główny autor badania z Instytutu Kosmologii i Grawitacji Uniwersytetu w Portsmouth oraz Instytutu Nauk o Przestrzeni Kosmicznej w Barcelonie, powiedział, że przez niemal sto lat kosmolodzy śledzili historię Wszechświata aż do jednego dramatycznego momentu znanego jako Wielki Wybuch. W standardowym obrazie przestrzeń i czas wyłoniły się z niezwykle gorącego, gęstego stanu około 13,8 miliarda lat temu, a następnie nastąpiły miliardy lat ekspansji kosmicznej i formowania się galaktyk.
– Ten model okazał się niezwykle skuteczny. Wyjaśnia ono kosmiczne mikrofalowe tło, słabe promieniowanie pozostałe po wczesnym Wszechświecie i dokładnie przewiduje, jak galaktyki są rozmieszczone na ogromnych kosmicznych odległościach. Ale niektóre z najgłębszych zagadek fizyki pozostają nierozwiązane. Wciąż nie wiemy, co wywołało Wielki Wybuch, dlaczego Wszechświat zaczął się w tak specjalnym stanie, co spowodowało krótki wybuch szybkiej ekspansji znany jako inflacja, ani czym jest niewidzialna „ciemna materia”, która przewyższa zwykłą materię około pięć do jednego – powiedział profesor Enrique Gaztañaga.
Według niego obecne badania badają możliwość, która mogłaby połączyć kilka z tych zagadek: Wszechświat mógł nie zacząć się od jednego huku, lecz powstał z kosmicznego odbicia naśladującego inflację, a niektóre z najstarszych obiektów we Wszechświecie mogły przetrwać jako relikty sprzed niego.
Niektóre czarne dziury mogły powstać podczas wcześniejszej fazy kosmicznej i przetrwać odbicie, pozostawiając po sobie obiekty reliktów, które mogą wpływać na strukturę galaktyk nawet miliardy lat później. Inne mogły powstać wkrótce po odbiciu spowodowanym wzmocnionymi fluktuacjami gęstości, gdzie materia we wczesnym Wszechświecie była nierównomiernie rozłożona w silniejszych, bardziej wyraźnych skupiskach niż zwykle. Te wzmocnione skupiska materii łatwiej zapadłyby się pod własną grawitacją, co zwiększyłoby prawdopodobieństwo wczesnego powstawania dużych struktur kosmicznych (i czarnych dziur).
Wszechświat wywodzi się z bardzo dużej chmury?
W teorii ogólnej teorii względności Einsteina, Wielki Wybuch odpowiada osobliwości, punktowi, w którym gęstość staje się nieskończona, a znane prawa fizyki zawodzą. Wielu fizyków interpretuje to jako znak, że nasz obecny opis najwcześniejszych momentów Wszechświata jest niepełny.
Jedną z alternatywnych koncepcji jest kosmologia odbijająca się, w której nasz Wszechświat wywodzi się z bardzo dużej chmury, która najpierw się kurczy, a następnie odbija w rozszerzalność. Zamiast zapadać się w nieskończoną osobliwość, Wszechświat osiąga bardzo wysoką, ale skończoną gęstość, zanim odwróci swój ruch.
– Osobliwości często sygnalizują, że nasz teoretyczny opis osiągnął swoje granice. Odbicie pozwala Wszechświatowi przejść od kurczenia się do rozszerzania bez potrzeby nowych, egzotycznych fizyków – uważa prof. Gaztañaga.
Naukowcy sugerują, że odbicie może powstać naturalnie w fizyce kwantowej. Przy niezwykle wysokich gęstościach efekty kwantowe tworzą potężne ciśnienie, które zapobiega nieskończonemu sprężaniu materii – zjawisko, które już stabilizuje gęste obiekty, takie jak białe karły i gwiazdy neutronowe, oraz odtwarza fazę ekspansji inflacyjnej.
W nowym modelu podobny efekt mógłby wystąpić na skalę kosmiczną. W miarę kurczenia się Wszechświata to ciśnienie kwantowe może zatrzymać zapadanie się i wywołać odbicie w kierunku ekspansji.
Badacze sugerują między innymi, że ten odbicie może również wyjaśnić dwie z największych tajemnic kosmologii. Po pierwsze, może tłumaczyć, dlaczego wczesny Wszechświat rozszerzał się tak szybko i równomiernie we wszystkich kierunkach. Po drugie, mogłoby to rzucić światło na to, dlaczego Wszechświat wydaje się dziś przyspieszać w ekspansji, efekt ten obecnie przypisuje się słabo poznanej sile zwanej ciemną energią.
Źródło: Uniwersytet w Portsmouth
Czytaj też: Satelity widzą więcej. Nowy sposób na podejrzenie kalendarza rolników
Grafika tytułowa: Frantisek Duris / Unsplash
