Parányi fekete lyukak alkotnák a sötét anyagot?

6088

Az emberiség legmesszebbre eljuttatott űrszondája, a 41 éves Voyager-1 (NASA) eredményei alapján úgy fest, legalább részben el kell vetnünk a címben említett elméletet. Elméleti fizikusok szerint a titokzatos, láthatatlan anyag, mely az Univerzum szerkezetét meghatározó módon befolyásolja, állhat temérdek fekete lyukból, melyek az Ősrobbanás óta léteznek. De az 1977-ben indított Voyager-1 6 évvel ezelőtt lépett ki a Naprendszer határain túlra és eddig semmilyen hasonló fekete lyuk csoportokra utaló jelet nem talált. Az adatok nem teljesen ássák alá az elméletet, mert a Voyager-1 csak aprócska fekete lyukakat képes észlelni.

“Sose gondoltam volna, hogy valamilyen módon hozzá tudunk járulni a sötét anyag kutatásához”, mondta Alan Cummings, a Pasadena-i Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) űrkutatója, aki 1973 óta a Voyager-1-en dolgozik – de nem vett részt az adatok analízisében. “Remek!”.

Asztrofizikusok évtizedekig úgy gondolták, hogy valamilyen láthatatlan anyagból származik az a gravitációs vonzás, mely képes galaxisokat, mint a Tejút is összetartani. Körülbelül ugyanennyi ideje léteznek kutatók, akik azt vetették fel, hogy a sötét anyag fekete lyukakból, ultrasűrű gravitációs mezők csomóiból áll, melyek tipikusan akkor keletkeznek, mikor nagy tömegű csillagok saját súlyuk alatt infinitezimálisan kicsi ponttá roppannak össze.

A fekete lyukakat a sötét anyag alkotóiként megmagyarázni azonban nem egyszerű. A világegyetemben a sötét anyag 6 az 1 arányban felülmúlja a rendes anyag mennyiségét – nem létezhetett pedig annyi csillag, amennyi ezt az arányt magyarázná. Tehát a fekete lyukaknak valamilyen más módon kellett keletkeznie, a csillagok megjelenése előtti Univerzumot benépesítő alapvető részecskékből álló “leves” apró fluktuációinak összeomlásából. Ezek az ősi fekete lyukak bármilyen tömegűek lehettek, de nem lehettek túl gyakoriak a csillagászati megfigyelések szerint. Például, a Napnál jóval nehezebb fekete lyukak tömege úgy szétzúzta volna a galaxisokat, mint ha ágyúgolyóval lőnénk egy csillárra. Kisebb fekete lyukak csoportjai pedig torzítják a távoli csillagok és galaxisok képét az úgynevezett gravitációs lencsézés miatt.

NASA/ESA Hubble Űrteleszkóp felvétel, melyen tetten érhető a gravitációs lencsézés. A kép jobb oldalán, középtájt egy fényes vörös galaxis látható, melynek szokatlanul nagy a tömege, körülbelül a Tejútnál tízszer nehezebb. Ugyanakkor az érdekes a képen a körülötte látható kékes “lópatkó” forma. Ez valójában egy távoli galaxis, melynek felnagyított és torzított képe szinte tökéletes kört alkot a nagytömegű, előtérben látható vörös galaxis gravitációs hatása miatt.

A mérések alapján három lehetséges tömegtartományban létezhettek ősi fekete lyukak, mondta Bernard Carr, a londoni Queen Mary Egyetemen dolgozó kozmológus, aki 40 éve kutatja az elméletet. Lehettek a Nap tömegénél 1-10-szer nehezebbek; a Nap tömegének kb. 1 milliárdod; vagy a Nap tömegének kisebb, mint 1 kvadrilliomod részének megfelelő súlyúak – ez 10 millió tonna. Ezek a legkisebb fekete lyukak mindössze egy atommagsugárnyi kiterjedésűek  lennének.

Ha ott vannak, akkor ezeknek az aprócska fekete lyukaknak azonban olyan árulkodó sugárzást kellene kibocsájtaniuk, melyet a Voyager-1 észlelni tud, érvel Mathieu Boudaud és Marco Cirelli, a párizsi Sorbonne Egyetem elméleti fizikusai, a Physical Review Letters folyóiratban megjelent cikkükben. A fekete lyukak onnan kapták a nevüket, hogy bármi, ami túl közel kerül hozzájuk, nem tud elszökni onnan – még a fény sem. Stephen Hawking 1973-as számításai szerint azonban a fekete lyukaknak is kellene némi fényt és részecskéket sugározni.

A kvantummechanika szerint az üres tér is keletkező, majd megsemmisülő részecske-antirészecske pároktól kavarog. Hawking rájött, hogyha egy ilyen pár épp megfelelő távolságra jelenik meg a fekete lyuktól, akkor az egyik részecske beleesne, míg a másik elrepülne – ezt nevezzük ma Hawking-sugárzásnak. Minél kisebb a fekete lyuk, annál forróbb és annál erősebben sugározna.

10 millió tonnás, aprócska fekete lyukaknak elég forrónak kéne lenniük ahhoz, hogy elektronokat és pozitronokat sugározzanak. Földi telepítésű detektorokkal nem tudnánk ezeket a kis energiájú részecskéket észlelni, mert a Nap mágneses tere eltereli őket. A Voyager-1 azonban kívül jár már a Nap mágneses terén, a helioszférán, így képes lenne mérni őket.

Amióta 2012-ben elhagyta a helioszférát, azóta pedig valóban kicsi, de folyamatos pozitron- és elektronfluxust mér. De még akkor is, ha mindannyian apró fekete lyukakból származnának, nem lenne elegendő fekete lyuk ahhoz, hogy több, mint a Tejútban levő sötét anyag 1%-át kitegyék, számolta ki Boudaud és Cirelli. Cummings azt mondja, hogy a részecskék energiaspektruma alapján arra lehet következtetni, hogy általánosabb forrásokból származnak, mint például szupernóva-robbanások maradványaiból.

Az új tanulmány tehát közel kizárja, hogy kis tömegű ősi fekete lyukak alkotnák a sötét anyagot, mondta Carr, de hozzátette, hogy ő mindig is a több naptömegnyi fekete lyukak elméletét favorizálta. “Ez a magyarázat sosem tartozott a kedvenceim közé”, mondta “úgyhogy nem bánom, hogyha kizárjuk.”

A Voyager-1 nem tud azonban nagyobb tömegű, ősi fekete lyukak után kutatni. Ezek olyan nehezek és hidegek lennének, hogy nem tudnának az elektronokhoz és pozitronokhoz hasonló nehéz elemeket sugározni. Ehelyett csak egy rendkívül gyenge és valószínűleg kimérhetetlen fényt bocsájtanának ki. Tehát a fekete lyukak alkotta sötét anyag elmélet továbbra is életben marad.

A borítóképen a mostanra 21,7 milliárd km messze járó Voyager-1 illusztrációja látható (JPL/Caltech NASA).

Forrás: Science

Hozzászólás

hozzászólás