Mezi adepty na vysvětlení podstaty alespoň části temné hmoty patří i miniaturní primordiální (prvotní) černé díry, které unikají naší snaze je odhalit. Zatím tedy patří mezi hypotetické objekty, které představují jakési střípky Big Bangu. Nevznikly totiž kolapsem extrémně hmotných hvězd, ani netvoří galaktická jádra, nýbrž jsou důsledkem gravitačního zhroucení výrazných lokálních nehomogenit v rozložení hmoty v tom nejranějším vesmíru. Primordiální černé díry – dále PČD - jestli vůbec existují, mohou mít velikost srovnatelnou s atomovým jádrem, či dokonce jenom elementární částicí a mají hmotnost většího asteroidu.
Snad nejznámější práce proslulého britského astronoma Stephena Hawkinga se týká právě těchto titěrných černých děr – přesněji jevu, díky němuž se "vypařují". Podle tvůrce teorie se tato „sublimace“ nazývá Hawkingovým zářením. Vychází z faktu, že fyzikální vakuum není úplná nicota, a i když se v něm nenachází žádná reálná hmotná částice, má energii – energii vakua, jež by měla mít na svědomí to, že se kosmický prostor rozpíná stále rychleji. Kvantová fyzika předpokládá, že lokální fluktuace této energie se projevují vytvářením párů virtuálních částic, které však vzápětí anihilují a tak vracejí vakuu energii, kterou si půjčily pro svou prchavou existenci. Hranice libovolné černé díry, za kterou ani pro světlo již není návratu do vnějšího světa, se nazývá horizontem událostí. Co se stane, když právě na něm vznikne pár virtuálních částic, z nichž jednu černá díra pohltí a ta druhá unikne do reálného světa? Pár pak nemůže anihilovat a proměnit se zpět na energii vakua. Částice, které se podařilo pláchnout, s sebou odnáší do reálného světa svou energii a ta se musí někde odečíst. Černou dírou pohlcená částice má tím pádem zápornou energii (hmotnost) a o tuto nepatrnou hodnotu svého predátora zmenší. Hawkingovo záření, které by mělo spadat do tepelné (infračervené) oblasti spektra, představuje mechanizmus umožňující černým dírám se zmenšovat a zanikat v závěrečném výtrysku gama záření.
Následující video z dílny BBC populární formou názorně, ale s anglickým slovním doprovodem vysvětluje Hawkingovo záření:
Tímto způsobem se za dobu existence našeho vesmíru, za 13,7 miliardy let, vypařily všechny menší PČD s počáteční hmotností menší než miliarda tun. I když na druhé straně připustíme, že ty mnohem hmotnější PČD mohly díky pojídání další hmoty (akreci) vyrůst do kategorie „standardních“ černých děr, teorie nabízí dostatečné množství do současnosti přeživších, těžko detekovatelných miniatur. Vycházejíc z výsledků výzkumů se odhaduje, že PČD s hmotností v rozmezí několik sto miliontin hmotnosti Slunce až jeho 15násobku se mohou na temnohmotném halo obklopujícím naši Galaxii podílet maximálně 8 procenty. I kdyby to bylo méně, i tak by se mezihvězdným prostorem ve vnitřních oblastech Mléčné dráhy mělo prohánět nemalé množství drobounkých primordiálních černých děr.
Jak je ale odhalit?
Jednou z možností je metoda gravitační mikročočky. Je ale použitelná jen pro hmotnější PČD. Když některá z nich prochází mezi pozorovatelem a hvězdou, na okamžik se o něco zvýší její pozorovaná jasnost.
Zajímavější, i pro menší PČD použitelnou metodou je detekce jejich průchodu hvězdou. Zní to sice nepravděpodobně, ale jsou-li černé minidíry reálné, pak podle odhadů k takovému jevu dochází v naší Galaxii, v níž je asi 100 miliard hvězd, v průměru 10 000 krát za rok. Při střetu primordiální černá díra subatomární velikosti hvězdu samozřejmě nepohltí, nýbrž ní projde v podstatě bez odporu, bez toho, aby to výrazně ovlivnilo její rychlost, nebo hmotnost. I to ve svém článku, zveřejněném v časopisu Physical Review Letters tvrdí dva mladí vědci, Shravan Hanasoge z Katedry geověd na Princeton University a jeho kolega Michael Kesden z Centra pro kosmologii a částicovou fyziku na New York University, kteří vytvořili dosud nejpřesnější počítačový model simulující průlet primordiální černé díry o hmotnosti minimálně 1021 g, tedy jedné biliardy tun (jedna šest miliontina hmotnosti Země) hvězdou porovnatelnou se Sluncem.
Interakci obou tak výrazně odlišných těles by mohly moderní pozemské astronomické přístroje zaregistrovat. Průchod PČD sice vyvolá emisi rentgenového záření, to ale bude jen stěží odlišitelné od vlastního vyzařování hvězdy. To, co by mohlo být viditelné, jsou povrchové oscilace. Jak bude PČD hvězdou prolétat, její gravitace způsobí lokální zhuštění horkého plazmatu a to vyvolá akustické (seizmické) vlny, které budou postupně interferovat. Časový průběh těchto interferencí by měl zpětne umožnit rekonstrukci dráhy PČD hvězdou.
Vše názorně dokumentují dvě videa simulující průlet PČD
a/ středem hvězdy
b/ povrchovou oblastí hvězdy
Máme tedy další návod na to, po čem v oceánu naměřených informací pátrat, když chceme objevit velkou raritu – malou primordiální černou díru. Předpokládaná pravděpodobnost úspěchu není malá a tak bezpochyby se nejeden tým astronomů bude o něj pokoušet. Co když se to podaří? Budeme mít další důkaz, že naše představy o vývoji raného vesmíru jsou správné a že temná hmota není fikcí. Na otázku, co se stane, když se s předem neodhalitelnou černou dírou potká naše planeta, odpověď zní, že podobně jako v případě hvězdy, nic katastrofického. Pokud bude vskutku miniaturní, velikostně porovnatelná s protonem, s hmotností okolo 1 miliardy tun, bude Zemí prolétat v podstatě bez odporu nadzvukovou rychlostí. Celková energie, která se uvolní podél celé trasy, bude odpovídat výbuchu jedné tuny TNT. Jenže jde o součet, ne o lokální explozi, proto žádné velké škody nezaznamenáme, pokud úplnou náhodou nezasáhne člověka. Kromě slabých seizmických vln by o jejím průletu planetou měla svědčit jen její úzká stopa zářením pozměněné hmoty.
Zdroj: Princeton University News, odborný článok v arxiv, Universe Today
Diskuze:
Tunguzský meteorit
Mirek N,2011-09-26 07:35:35
... toto byla/je jedna z teorií toho co se stalo v Tunguzce.
To není pravděpodobné
Vojtěch Kocián,2011-09-26 09:51:07
Pokud vím, tak v Tunguzce nebyla nalezena žádná stopa na zemi a následky odpovídaly vzdušnému výbuchu. Kdyby to byl průlet miniaturní černé díry, byl by efekt na zemi a pod zemí mnohem větší než v relativně řídké atmosféře, protože s hustou zemí by černá díra interagovala mnohem silněji.
Průlet černé díry by byl jednoznačně potvrzený, kdyby se podobná událost stala na dvou místech Země téměř zároveň. Ekvivalent Tunguzky jinde nebyl nalezen, ale je fakt, že by si toho uprostřed oceánu možná ani nikdo nevšiml.
Proč ne?
Dominik Matus,2011-09-25 11:20:18
Je to v souladu s teorií. Tak proč by nemohly existovat ? Kdysy si taky řekli, že teorie relativity je kravina.
Kdo vůbec takovou pitomost
James Bond,2011-09-24 23:34:01
jako miniaturní černé díry vymyslel? Proč s tím věda pracuje, když na to neexistuje důkaz ani žádná logika? A prosím žádné odkazy! Nebo jen někdo může vyslovovat fantasmagorie? A kde jsou zásady vědy? Neexistuje singularita, čd je složena z elementů podstaty.
Záchyt v jádře hvězdy, planety
Petr Kufa,2011-09-24 10:43:14
Nedojde při průletu černé díry hvězdou (planetou) k usazení v jádru prolétaného objektu? Je mi jasné, že černá díra s poloměrem velikosti atomového jádra nebo menším nezpůsobí nijak velký úbytek hmoty, ale stejně má dost velkou hmotnost na to, aby spolu nějak gravitačně interagovali. Nebo má na něco takového moc velkou rychlost?
V tom případě...
Drahomír Strouhal,2011-09-23 07:38:18
...není to spíše práce pro geology? Otázka samozřejmě je, jestli má smysl hledat čáry v zemské kůře, jež zemskou kůru tečují/protínají ve dvou bodech. Hledat ale nějaké oscilace povrchu na vzdálené hvězdě, to je taky kumšt. Za těch šest miliard let je velmi pravděpodobné, že Zemí nějaký takový brouk proletěl. Mělo by to zanechat stopy...
Dagmar Gregorova,2011-09-23 10:03:29
ano, v článku v odkazu na Universe Today (viz zdroje) je citace:
“It creates a long tube of heavily radiative damaged material, which should stay recognizable for geological time.” – Khriplovich, Pomeransky, Produit and Ruban, from the paper: “Can one detect passage of small black hole through the Earth?“
Ale to bychom v každém geologickém prostředí - různé sedimenty, krystalické nebo vyvřelé horniny, metamorfity... měli mít představu, co vlastně hledáme, jak to rozeznat. Teoreticky se o tom uvažuje lehce, ale v terénu za pár měsíci vše zaroste, za léta zvětrá... příroda jednoduše na nás nebere ohled :).
Ale je to OK, o to dobrodružnější je její zkoumání a o to lehčeji si poradí s našimi hloupostmi :).
Aha... a má to ještě jeden háček - hluboké vrty jsou neskutečně nákladné. Ten nejdelší nemá ani 13 km a to má Zem poloměr toho šetřící se osla - 6378 km...
Jednoznačné posouzení by asi muselo být spjaté s jádrovým vrtem.
Drahomír Strouhal,2011-09-23 12:20:52
Fakticky jsou nám hlubinné vrty k ničemu, protože ve velkých hloubkách dochází k pohybu mas mnohem snáze a stopy se mohou zahladit. Lepší by možná bylo kontrolovat/skenovat velké masivy žuly pomocí seismických principů.
Teď mě napadá, že teoreticky neznáme následky v pozemském prostředí. Kdyby například projela černá díra zemským masivem, mohla by v něm zůstat pěkná dírka. Je vznik všech sopek vysvětlen? Neexistují sopky mimo seismické oblasti? (tím mám namysli mimo zlomy zemské kůry)
Dagmar Gregorova,2011-09-23 16:34:53
Když budeme uvažovat o primordiální miniČD o velikosti jádra atomu, nebo dokonce protonu, pak za sebou žádnou "dírku" nezanechá. Prý materiálem bude procházet - co se odporu týká téměř jako neutrino. Když si uvědomíme, že to má ale stovky milionů, příp. miliardy tun, pak gravitace v těsné blízkosti je obrovská, protože v jmenovateli zlomku máte velmi malé číslo. Gravitace a případně Hawkingovo záření je jediné, čím se PČD projevuje, ale hmota, kterou prolétá, ta pravděpodobně bude emitovat rentgenové záření.
Jisto-jistě nevznikne díra do Země, kterou by se v podobě sopky tlačila magma vzhůru. Spíš si to představte jako zcela běžný geologický masív, v němž byste zaregistroval relativně úzký "sloup" nějak (???) pozměněné horniny, který se pod nějakým úhlem ponořuje do hloubky v podstatě po přímce a nemůžete pro jho vznik najít žádné jiné racionální zdůvodnění. Není to díra, hornina si zachová svou kompaktnost. Když budu mít volnou chvilku, zkusím na síti najít ten článek od Kriploviče and comp.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
