O gaură neagră ar putea exploda în următorii 10 ani, dezvăluind secretele Universului

Găurile negre pierd treptat masă și energie prin emiterea unui fenomen cunoscut sub numele de radiație Hawking. Pe măsură ce se micșorează, ele devin din ce în ce mai fierbinți și emit tot mai multă radiație, culminând într-o explozie finală care le face să dispară complet. Am putea fi martorii unui astfel de eveniment cosmic? Conform unui nou studiu, răspunsul este un „poate” entuziasmant, dacă o serie de condiții intrigante sunt îndeplinite. Iar dacă sunt, am putea detecta explozia cu instrumentele actuale în mai puțin de un deceniu.

Această posibilitate, deși speculativă, nu apare într-un vid științific. Ea se înscrie într-un efort de zeci de ani al fizicienilor de a găsi o punte de legătură între două dintre cele mai mari enigme ale cosmologiei: natura găurilor negre și identitatea materiei întunecate.

O gaură neagră ar putea exploda: care este candidatul perfect?

Primul ingredient necesar este o gaură neagră primordială (PBH). Acestea sunt găuri negre ipotetice, formate în primele momente de după Big Bang. Deși existența lor a fost propusă de mai multe teorii, nu avem încă nicio dovadă certă că ele există. Dacă, totuși, sunt reale, ele sunt candidatele perfecte pentru o explozie, nefiind la fel de masive ca alte tipuri de găuri negre și având la dispoziție aproape 14 miliarde de ani pentru a se „evapora”.

„Cu cât o gaură neagră este mai ușoară, cu atât ar trebui să fie mai fierbinte și cu atât mai multe particule va emite. Pe măsură ce PBH-urile se evaporă, devin din ce în ce mai ușoare și, prin urmare, mai fierbinți, emițând și mai multă radiație într-un proces accelerat până la explozie. Această radiație Hawking este cea pe care telescoapele noastre o pot detecta”, a declarat coautoarea Andrea Thamm, profesoară asistentă de fizică la UMass Amherst, într-un comunicat.

Totuși, dacă luăm în considerare o gaură neagră primordială standard, nu ne-am aștepta la un spectacol prea curând. Calculele teoretice estimează că o astfel de explozie ar avea loc, în medie, o dată la 100.000 de ani. Este o perioadă destul de lungă de așteptare.

Cum ar putea materia întunecată să accelereze explozia unei găuri negre

Aici lucrurile devin cu adevărat interesante. Cercetătorii s-au întrebat dacă există scenarii care ar putea crește frecvența acestor explozii și au descoperit o posibilitate fascinantă, legată de un alt mare mister al universului: materia întunecată.

Materia întunecată este o substanță ipotetică, invizibilă, care pare să domine Universul. Deși avem numeroase dovezi indirecte ale existenței sale, nu știm din ce este compusă, deoarece interacționează cu materia obișnuită doar prin gravitație. Mai multe studii au sugerat că, la fel cum materia normală are propriile forțe și particule, ar putea exista un întreg „sector întunecat”, cu forțe și particule echivalente.

Pornind de la această idee, lucrarea propune un scenariu captivant. Teoretic, găurile negre pot avea o sarcină electrică. Noua ipoteză sugerează că, în loc de o sarcină electrică obișnuită, găurile negre primordiale ar putea poseda o „sarcină electrică întunecată”. Aceasta ar interacționa printr-un „foton întunecat” – similar modului în care fotonii obișnuiți mediază forța electromagnetică – și cu o sarcină provenită de la un „electron întunecat” greu.

Dacă ar exista o populație de astfel de găuri negre exotice, rata lor de explozie s-ar schimba dramatic. În loc de o explozie la 100.000 de ani, am putea asista la una în fiecare deceniu. Și, cel mai important, o astfel de explozie ar fi detectabilă cu tehnologia actuală, dezvăluind proprietăți ale universului pe care nu le putem investiga în niciun alt mod.

Pentru a transforma această teorie într-o posibilitate observabilă, echipa a trebuit să calculeze exact ce semnal ar trebui să caute telescoapele. „Știm cum să observăm această radiație Hawking. O putem vedea cu telescoapele noastre actuale și, deoarece singurele găuri negre care pot exploda astăzi sau în viitorul apropiat sunt aceste PBH-uri, știm că, dacă vedem radiația Hawking, vedem o PBH care explodează.”, a explicat Joaquim Iguaz Juan, cercetător postdoctoral la UMass Amherst, subliniind claritatea acestui semnal.

Studiile teoretice de acest fel sunt cruciale, deoarece acționează ca o hartă pentru exploratorii cosmici, ghidând astronomii în căutarea semnalelor potrivite. În final, chiar dacă aceste găuri negre „întunecate” nu vor fi găsite, demersul însuși împinge limitele cunoașterii. Fiecare ipoteză testată, indiferent de rezultat, ne aduce cu un pas mai aproape de a înțelege cu adevărat regulile fundamentale ale Universului în care trăim.

Articolul care descrie acest scenariu este publicat în Physical Review Letters.