Găurile negre primordiale pot invada universul

Materia învârtindu-se în jurul unei găuri negre, ilustrată de un artist

Găurile negre primordiale pot invada universul. Ar putea una dintre ele să lovească Pământul?

Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea Stony Brook, SUNY (Brookhaven, New York) și la Flatiron Institute (institut de cercetare științifică avansată prin metode de calcul, inclusiv analiza datelor, teoria, modelarea și simularea), gazda „Ask a Spaceman” (podcast și serii YouTube de întrebări și răspunsuri din domeniul astrofizicii) și „Space Radio” și autor al cărții Cum să mori în spațiu, („How to Die in Space”) în care explorează toate pericolele pe care universul le presupune.

Găurile negre par destul de înfricoșătoare – întunecate, puternice, prevestitoare de rele. Și acum, astrofizicienii au pregătit altceva: găuri negre primordiale, formate în primele momente ale universului, care inundă cosmosul actual.

Deci, care sunt șansele ca unul dintre acești monștri străvechi să se îndrepte, rătăcind, spre Pământ? Un astrofizician a făcut calculele.

Născute în Big Bang

Universul timpuriu a fost o perioadă sălbatică și complexă. Cu mult diferit de cosmosul blând pe care îl trăim astăzi, primele momente ale Big Bang-ului au fost marcate de tranziții de fază radicale, divizarea elementelor fundamentale și alte evenimente sălbatice. În timp ce oamenii de știință înțeleg fizica primelor minute, ceea ce s-a întâmplat înaintea lor este învăluit în mister (și o grămadă de matematică complicată).

Este nevoie de niște condiții destul de extreme pentru a se forma găuri negre – să zicem, o stea care se prăbușește în sine în ultimele momente catastrofale ale vieții sale. Stelele nu au existat în primele câteva secunde ale existenței universului, dar este posibil să fi existat doar condițiile potrivite pentru a se forma găurile negre. Tot ce este necesar este multă materie sau energie înghesuite într-un volum suficient de mic.

În zonele necunoscute și neexplorate ale trecutului îndepărtat al universului, condițiile ar fi putut fi tocmai potrivite pentru a inunda universul cu găuri negre primordiale, care ar fi putut avea orice masă, în funcție de condițiile în care s-au format. Dar interesul pentru găurile negre primordiale a scăzut de-a lungul deceniilor, pe măsură ce căutările s-au dovedit inutile – adică până când am avut Observatorul cu unde gravitaționale cu interferon laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO).

Când LIGO a detectat prima coliziune a găurilor negre, găurile negre aveau mase destul de distincte; fiecare era de câteva zeci de mase solare. Acea plajă de mase este dificil de realizat prin fuziunile găurilor negre standard pe bază de stele, deoarece fuziunile ar trebui să fie un pic prea frecvente pentru a fi plauzibile.

O coliziune întunecată

Chestiunea legată de procesele din universul timpuriu este că, dacă există un fel de mecanism exotic care poate genera găuri negre, nu va face câteva dintre ele – ci va inunda universul cu ele. De fapt, ar putea exista suficiente găuri negre primordiale care cutreieră universul, ceea ce ar explica cel puțin o parte din materia întunecată, substanța misterioasă care reprezintă peste 80% din toată materia din cosmos.

Să presupunem că o grămadă de găuri negre mici roiesc prin cosmos, așa cum este prezentat într-o lucrare publicată recent în baza de date arXiv. Ce s-ar întâmpla cu ele?

Din fericire, găurile negre nu sunt 100% negre și pierd masă prin radiația Hawking, procesul mecanic cuantic complex de la orizontul evenimentelor găurii negre care permite evacuarea unor particule și de radiații. Cu cât găurile negre sunt mai mici, cu atât pierd mai repede masa. Găurile negre mai mici de aproximativ 100 de milioane de tone – puțin mai ușoare decât un asteroid tipic – își vor pierde aproximativ jumătate din masă în epoca actuală a universului. Datorită modului în care funcționează radiația Hawking, găurile negre care sunt mai mari decât acestea își vor pierde doar o mică parte din masă.

Numărul total de găuri negre mici din fiecare galaxie depinde de cât de mult din materia întunecată se dorește a fi explicată și de cât de mare este fiecare. Indiferent de modul în care este împărțită, există, totuși, multă materie întunecată.

Și fiecare este rapidă. Bazat pe simulări pe computer și observații ale dinamicii galaxiei, materia întunecată are o viteză de peste 100 mile pe secundă (100 x 1609.34=160934 m/s ). La această viteză, o gaură neagră cu masa comparabilă cu a unui asteroid ar putea acoperi distanța dintre Jupiter și Pământ în doar câteva săptămâni. Deci ar trebui să ne fie frică?

Niște calcule

Ce s-ar întâmpla dacă o gaură neagră cu o masă comparabilă cu a unui asteroid ar lovi Pământul? Pe scurt, catastrofă. Gaura neagră ar străpunge suprafața planetei noastre ca un cuțit fierbinte prin unt, dar ar începe imediat să încetinească din cauza interacțiunii sale gravitaționale cu Pământul. Orice atom sau moleculă (sau persoană) care intersectează orizontul evenimentelor – limita găurii negre dincolo de care nu poate scăpa nimic, nici măcar lumina – ar aluneca pur și simplu din universul cunoscut, pentru a nu mai fi văzut(ă) niciodată.

În cel mai bun caz, gaura neagră ar ieși prin cealaltă parte a planetei noastre, lăsând supraviețuitorii să curețe mizeria pe care a generat-o. În cel mai rău caz, gaura neagră s-ar așeza în miezul planetei noastre, unde gravitația sa ar fi suficientă pentru a permite găurii negre să înceapă să se hrănească. În cele din urmă, ar devora întreaga noastră planetă.

Din fericire, conform calculelor din lucrarea publicată, amintită mai sus, șansele ca o gaură neagră să se așeze în miezul Pământului sunt destul de mici. Găurile negre sunt prea rapide.

Pe de altă parte, intersecția planetei noastre cu o gaură neagră ar duce la o altă realitate neplăcută: încălzirea. În timpul trecerii sale prin Pământ, gaura neagră ar acumula materie, iar acreția va genera căldură (aceeași căldură care alimentează nucleii galactici activi). Impactul unei găuri negre cu masa unui asteroid ar ajunge să elibereze aproximativ aceeași cantitate de energie ca și impactul cu un asteroid de un kilometru. Adică, un ucigaș de dinozauri.

Din fericire, coliziunile găurilor negre sunt probabil rare. În scenariul cel mai „optimist” – optimist după standardele oamenilor de știință, adică popularea galaxiei cu numărul maxim de găuri negre – ar putea exista o coliziune sau cam așa la fiecare miliard de ani, conform calculelor lucrării.

Deci, când vine vorba de coliziuni cu găurile negre, nu trebuie să ne temem prea mult.

Share |

Comments are closed.

Copy Protected by Chetan's WP-CopyProtect.