Действительно ли изначальные черные дыры являются гигантскими гравитино?
Пол М. Саттер астрофизик в SUNY Стоуни Брук и Институт Флэтайрон, ведущий Спросите космонавта и Космическое радио, и автор Как умереть в космосе. Он разместил эту статью на Space.com Голоса экспертов: мнения и идеи.
Астрономы не понимают происхождения самого большого черные дыры во вселенной. Эти черные дыры появляются так рано в космологической летописи, что нам, возможно, придется обратиться к новой физике, чтобы объяснить их появление.
Новое исследование предлагает интригующую историю происхождения: первые черные дыры возникли не из звезд, а из скоплений суперэкзотических, супергипотетических частиц, известных как гравитино, которым удалось пережить первые хаотические годы большой взрыв.
Немного слишком супер
Есть черные дыры, а есть большие черные дыры. Самые большие черные дыры во Вселенной, получившие соответствующее название «сверхмассивные черные дыры» (СМЧД), находятся в центрах почти каждой галактики в космосе. Даже Млечный Путь есть один, монстр с массой 4 миллиона Солнца, обозначенный как Стрелец A *.
Гигантские черные дыры в современной Вселенной — поистине удивительное зрелище, но за последнее десятилетие астрономы обнаружили существование сверхмассивных черных дыр на самом заре звезд и галактики, когда Вселенной еще не было и миллиарда лет.
Это странно.
Это странно, потому что, насколько нам известно, единственный способ образовать черные дыры — это смерть массивных звезд. Когда они умирают, они оставляют после себя черную дыру, в несколько раз более массивную, чем солнце. Чтобы получить статус сверхгиганта, они должны слиться с другими черными дырами и / или потреблять как можно больше газа, увеличивая все эти миллионы солнечных масс.
А на это нужно время. Много времени.
В ранней Вселенной для появления самих звезд потребовались сотни миллионов лет. И, насколько мы можем судить, рядом с первым поколением звезд и галактик были сверхмассивные черные дыры. Похоже, что у этих гигантских черных дыр не было достаточно времени, чтобы сформироваться по обычному и привычному маршруту звездной смерти, поэтому что-то подозрительное.
Либо мы не понимаем чего-то фундаментального в астрофизике роста черных дыр (что вполне возможно), либо первые гигантские черные дыры действительно образовались в гораздо более раннюю, гораздо более древнюю эпоху. Но для того, чтобы это произошло, физика, создавшая эти возможные первые черные дыры, должна быть… странной.
Близнец гравитации
Как странно? Что ж, настолько странно, что выходит далеко за рамки нынешних границ известной физики. К счастью, физики-теоретики каждый божий день усердно работают, чтобы выйти далеко-далеко за рамки нынешних границ известной физики. Один из таких примеров называется суперсимметрия, и это попытка физиков как объяснить некоторые из внутренних механизмов мира частиц, так и предсказать существование совершенно новых частиц.
В суперсимметрии каждая частица Стандартная модель (название, данное нашему лучшему пониманию субатомной области) соединяется с партнером. Причина этого спаривания — фундаментальная симметрия, обнаруженная глубоко в математике, которая может описывать природу. Но эта симметрия нарушена (из-за махинаций некоторых сложных механизмов), поэтому частицы-партнеры по суперсимметрии не просто плавают по миру или не совершают великих входов в наши коллайдеры частиц.
Вместо этого из-за нарушенной симметрии частицы-партнеры вынуждены иметь невероятные массы, настолько высокие, что они могут появляться только в реакциях с самой высокой энергией во Вселенной. Пока мы не нашли никаких доказательств существования частиц-партнеров по суперсимметрии в наших экспериментах на коллайдере, но мы все еще ищем.
Пока идут поиски, теоретики проводят время, играя с различными моделями и возможностями суперсимметрии. А в одной из версий есть частица, известная как Gravitino. Гравитино — это частица-партнер суперсимметрии гравитона, которая сама является гипотетической частицей, несущей силу гравитации.
Если вы начинаете беспокоиться, что все это звучит слишком гипотетически, ничего страшного. Существование гравитино является весьма предположительным и не основано на каких-либо существующих доказательствах. Но, как мы скоро увидим, некоторые модели гравитино наделяют их некоторыми очень особыми свойствами, которые делают их созревшими для зарождения черных дыр.
Бегущая перчатка
Если вы хотите создать черные дыры в ранней Вселенной, вам нужно пройти несколько испытаний. Задолго до того, как появились первые звезды и галактики, в нашей Вселенной преобладала радиация: свет высокой энергии заливал космос, управляя материей и, как правило, указывал всем, что делать.
Если вы хотите создать несколько случайных черных дыр в эпоху преобладания излучения, вы должны сделать это быстро, потому что эта эпоха в нашей Вселенной была чрезвычайно хаотичной. И как только вы сформируете черные дыры, вы должны сохранить им жизнь. Черные дыры испаряются в результате квантово-механического процесса, известного как Радиация Хокинга, а маленькие черные дыры (скажем, образовавшиеся в результате какого-то экзотического субатомного процесса) могут быстро исчезнуть, прежде чем у них появится шанс на величие, не говоря уже о сверхмассивности.
Введите гравитино или хотя бы одну версию этой гипотетической частицы. Согласно исследовательская статья, недавно опубликованная в препринтном журнале arXiv, ранняя Вселенная с высокой энергией могла иметь как раз подходящие условия для заселения Вселенной гравитино. Благодаря своим уникальным свойствам (в первую очередь, их способности быстро притягивать друг друга под действием гравитации) они могли быстро образовывать микроскопические черные дыры.
Со временем в ранней Вселенной черные дыры могли стать достаточно большими, чтобы они могли насыщаться окружающей радиацией, прежде чем поддаться испарению Хокинга. Как только радиация исчезнет, они могут стать достаточно большими, чтобы продолжать собирать материю с помощью обычных астрофизических процессов, обеспечивая семена для первых гигантских черных дыр.
Это далекая от идеи, но когда дело доходит до ранней вселенной, это лучшее, что у нас есть.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Похожие статьи
ДРУГИЕ НОВОСТИ