Į Žemę smogė milžinas. Mokslininkai griebiasi už galvų ()
Daug kas nepastebėjo.
© deselect (Pixabay Content Licence)|https://pixabay.com/photos/wallpaper-space-desktop-universe-3584230/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kažkas trenkėsi į Žemę, nors neturėjo teisės egzistuoti. „Tai – pirmykštė pabaisa“.
Šis įvykis supurtė astrofizikos pasaulį, nors daugeliui iš mūsų jis liko nepastebėtas. 2023 m. į mūsų planetą pataikė neutrinas, turėjęs tokį milžinišką energijos lygį, kad pagal dabartines žinias jis apskritai neturėjo teisės egzistuoti. Joks žinomas Visatos šaltinis nepajėgia sukurti tokios galios. Tačiau JAV fizikų komanda tvirtina radusi kaltininką. Pėdsakai veda prie hipotetinių pirmykščių pabaisų – senovinių juodųjų skylių, gimusių netrukus po Didžiojo sprogimo.
Moksliniai prietaisai užfiksavo subatominės dalelės – neutrino – smūgį, kurio energija buvo 100 tūkstančių kartų didesnė nei bet kas, ką mums kada nors pavyko sukurti Didžiajame hadronų greitintuve (LHC), galingiausiame akceleratoriuje Žemėje. Problema buvo ta, kad astrofizikai negalėjo danguje nurodyti nė vieno objekto, kuris galėtų veikti kaip toks galingas energijos šaltinis.
Visiškai naują šviesą šiai mįslei suteikia ką tik prestižiniame žurnale Physical Review Letters paskelbti tyrimai. Masačusetso universiteto Amherste mokslininkai iškėlė drąsią hipotezę: tai nebuvo įprasta kosminė katastrofa, o specifinio tipo juodosios skylės sprogimas. Jei jie teisūs, mes ką tik gavome raktą į tamsiosios materijos prigimties supratimą.
|
Norėdami suprasti šio atradimo svarbą, turime grįžti prie pagrindų. Juodosios skylės, apie kurias mokomės mokykloje, yra žvaigždžių kapinynai. Jos susidaro, kai masyvi žvaigždė sudegina savo kurą ir po įspūdingo supernovos sprogimo subliūkšta po savo pačios svoriu. Susiformuoja objektas, kurio gravitacija tokia galinga, kad net šviesa negali iš jo pabėgti. Tai sunkūs, stabilūs ir prognozuojami objektai.
Tačiau jau 1970 m. Stephenas Hawkingas atkreipė dėmesį į galimą kitokio tipo tokių objektų egzistavimą. Tai vadinamosios pirmykštės juodosios skylės (PBH – Primordial Black Holes). Jos neatsirado žvaigždžių mirties metu, bet susiformavo iš neįsivaizduojamai tankios materijos per sekundės dalis po Didžiojo sprogimo. Nors jos vis dar priklauso teorijos sričiai, jų fizikinės savybės gali smarkiai skirtis nuo žvaigždinių „pusbrolių“. Jos gali būti gerokai lengvesnės, o tai paradoksaliai reiškia – daug aktyvesnės.
Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės nėra visiškai juodos. Jos skleidžia daleles procese, vadinamame Hawkingo spinduliavimu. Kuo mažesnė ir lengvesnė juodoji skylė, tuo ji karštesnė ir tuo intensyviau „garuoja“. Būtent šis mechanizmas yra naujosios amerikiečių fizikų teorijos pagrindas.
Kosminis sprogimas ir tamsusis elektronas
Andrea Thamm, viena iš tyrimo bendraautorių ir Masačusetso universiteto Amherste fizikos docentė, vaizdžiai aiškina šį procesą: kuo lengvesnė juodoji skylė, tuo karštesnė ji turėtų būti ir tuo daugiau dalelių skleisti.
Kai pirmykštė juodoji skylė garuoja, ji praranda masę, dar labiau įkaista ir ima skleisti vis daugiau spinduliuotės nevaldomame procese, kuris baigiasi milžinišku sprogimu. Būtent šį juodosios skylės mirties momentą gali fiksuoti mūsų teleskopai.
Toks sprogimas fizikams būtų šventasis Gralis. Jis išlaisvintų visų Visatoje egzistuojančių subatominių dalelių katalogą – ne tik tų, kurias jau žinome (pavyzdžiui, elektronų, kvarkų ar Higso bozonų), bet ir tų, kurių egzistavimą tik numanome, bei tokių, apie kurias dar neturime jokio supratimo.
Tačiau čia iškyla problema, kuri ilgą laiką nedavė ramybės tyrėjams. 2023 m. eksperimentas KM3NeT užfiksavo minėtą „neįmanomą“ neutriną. Jis idealiai atitiko sprogstančios pirmykštės juodosios skylės modelį. Tačiau bėda ta, kad analogiškas eksperimentas „IceCube“, sukurtas panašiems signalams aptikti, nieko neužfiksavo. Jis neužregistravo nieko, kas turėtų bent šimtąją dalį tokios galios. Jei Visata būtų pilna sprogstančių standartinių pirmykščių juodųjų skylių, mus nuolat bombarduotų aukštos energijos dalelių lietus. Kodėl tada nebuvo signalų?
Trūkstama grandis: tamsusis krūvis
Amhersto komanda siūlo sprendimą, kuris skamba sudėtingai, tačiau matematiškai sujungia šiuos prieštaravimus į vieningą visumą. Atsakymas – egzotinės „kvazi-ekstremalios pirmykštės juodosios skylės“, turinčios tai, ką tyrėjai pavadino „tamsiuoju krūviu“.
Joaquim Iguaz Juan, vienas iš publikacijos bendraautorių, paaiškina, kad šis tamsusis krūvis veikia panašiai kaip mums žinoma elektros jėga, tačiau apima hipotetinę, labai sunkią elektrono versiją – tamsųjį elektroną. Įtraukus šį elementą į lygtis, viskas pasikeičia. Tokia juodoji skylė elgiasi kitaip nei paprasti teoriniai modeliai. Jos specifinė prigimtis leidžia paaiškinti, kodėl užfiksavome vieną galingą energijos „šūvį“, o ne nuolatinį foninį triukšmą, kurio nepastebėjo „IceCube“.
Michael Baker, dar vienas tyrimo autorius, pabrėžia, kad nors jų modelis yra sudėtingesnis, būtent ši sudėtingumas gali geriausiai atspindėti tikrovę. Paprasti modeliai tiesiog nesugeba paaiškinti 2023 m. anomalijos.
Tamsiosios materijos mįslės sprendimas?
Šio atradimo pasekmės išeina gerokai už vieno, netgi galingiausio neutrino ribų. Jei hipotezė apie juodąsias skyles su tamsiuoju krūviu pasitvirtins, galime būti žingsniu arčiau vienos iš didžiausių šiuolaikinės kosmologijos mįslių sprendimo: kas yra tamsioji materija.
Galaktikų sukimasis ir mikrobangų foninės spinduliuotės stebėjimai aiškiai rodo, kad Visatoje yra daug daugiau masės, nei matome. Kažkas laiko galaktikas kartu, neleisdama joms išsiskaidyti. Fizikai dešimtmečius ieškojo šios nematomos medžiagos.
Masačusetso universiteto Amherste komanda tvirtina: jei jų modelis teisingas, tokio specifinio tipo pirmykščių juodųjų skylių populiacija gali būti gerokai gausesnė nei manyta. Jos gali sudaryti trūkstamą Visatos masę. Tai, ką laikėme neįmanoma anomalija, gali būti pirmasis tiesioginis pranešimas iš „tamsiosios kosmoso pusės“, kurio laukėme dešimtmečius. Kol kas – tik hipotetiškai.
