Primordial Black Holes (PBHS) ซึ่งคิดว่าเกิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบงอาจจะร้อนขึ้นและระเบิดไปทั่วจักรวาล
การระเบิดของหลุมดำเหล่านี้ขับเคลื่อนโดยการแผ่รังสีฮอว์คิง - กระบวนการควอนตัมที่หลุมดำสร้างอนุภาคจากสุญญากาศเนื่องจากสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงสามารถตรวจพบได้โดยกล้องโทรทรรศน์ที่กำลังจะมาถึงนักฟิสิกส์แนะนำในการศึกษาใหม่ และเมื่อเห็นแล้วการระเบิดที่แปลกใหม่เหล่านี้อาจเปิดเผยว่าจักรวาลของเรามีอนุภาคที่ยังไม่ได้เปิดก่อนหน้านี้หรือไม่
หลุมดำตั้งแต่เช้าตรู่
มีหลักฐานมากมายเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำตั้งแต่มวลสองสามครั้งถึงพันล้านครั้งที่มวลของดวงอาทิตย์ หลุมดำเหล่านี้ถูกตรวจพบโดยตรงผ่านคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาในระหว่างการควบรวมกิจการที่ช่วยให้พวกเขาเติบโต หลุมดำบางส่วนเช่นได้รับการถ่ายภาพโดยตรงว่า "เงา" โดยกล้องโทรทรรศน์ Horizon Event
PBHS เสนอครั้งแรกโดย Yakov Zeldovich และ Igor Novikov ในปี 1967 มีความคิดว่าเกิดขึ้นภายในเศษส่วนแรกของวินาทีหลังจากนั้นและอาจมีขนาดเล็กเท่ากับอนุภาค subatomic ตามนาซ่า- ซึ่งแตกต่างจากคู่ขนาดใหญ่ของพวกเขาซึ่งเกิดจากการล่มสลายของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่และกาแลคซี PBHS อาจเกิดขึ้นจากการล่มสลายของภูมิภาคที่มีความพิเศษใน "ซุปดึกดำบรรพ์" ที่ร้อนแรงมากในจักรวาลยุคแรก
หากมีอยู่วัตถุขนาดกะทัดรัดเหล่านี้สามารถให้คำอธิบายที่เป็นธรรมชาติสำหรับเอนทิตีที่มองไม่เห็นซึ่งคิดเป็นประมาณ 85% ของเรื่องในจักรวาล อย่างไรก็ตาม PBHS ยังคงเข้าใจยาก การดำรงอยู่ทางทฤษฎีของพวกเขาได้รับการสนับสนุนโดยการรวมกันของแบบจำลองทางดาราศาสตร์ แต่พวกเขายังไม่ได้สังเกตโดยตรง
เอฟเฟกต์รังสีฮอว์คิง
หนึ่งในแง่มุมที่น่าสนใจที่สุดของ PBHS คือการเชื่อมต่อกับรังสีฮอว์คิง ตามหลุมดำไม่ได้ "ดำ" อย่างสมบูรณ์; พวกเขาสามารถปล่อยรังสีและค่อยๆสูญเสียมวลผ่านกระบวนการแรกที่ทฤษฎีโดยสตีเฟ่นฮอว์คิง การปล่อยก๊าซเรือนกระจกครั้งนี้เรียกว่ารังสีฮอว์คิงเกิดขึ้นเมื่อคู่อนุภาคเสมือนจริงปรากฏตัวเข้าและออกจากสูญญากาศของพื้นที่ใกล้ขอบหลุมดำ - "เหตุการณ์เหตุการณ์" ในขณะที่คู่เหล่านี้จะทำลายกันและกันโดยปกติหากมีใครตกอยู่ในหลุมดำอนุภาคอื่น ๆ สามารถหลบหนีเป็นรังสีได้ เมื่อเวลาผ่านไปสิ่งนี้นำไปสู่การระเหยอย่างค่อยเป็นค่อยไปของหลุมดำ
"สำหรับหลุมดำที่มีมวลใหญ่กว่าสองสามเท่าของดวงอาทิตย์การฉายรังสีก็แทบจะไม่สามารถตรวจจับได้"Marco Calzàนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยโคอิมบราในโปรตุเกสและผู้เขียนร่วมของการศึกษาบอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิตในอีเมล "แต่หลุมดำที่เบากว่า - เช่น PBHS - จะร้อนและปล่อยรังสีมากขึ้นมากอาจทำให้เราสามารถตรวจจับกระบวนการนี้ได้
ที่เกี่ยวข้อง:
ในขณะที่ PBH ระเหยไปมันจะสูญเสียมวลกลายเป็นร้อนและเปล่งรังสีมากขึ้นในวงตอบรับ ในที่สุดหลุมดำควรระเบิดในรังสีที่มีประสิทธิภาพ-กระบวนการที่มีการค้นหากล้องโทรทรรศน์แกมม่าเรย์และนิวตริโนที่มีอยู่ แม้ว่าจะยังไม่พบการระเบิด PBH ที่ชัดเจน แต่การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์ที่หายากเหล่านี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกฟิสิกส์ใหม่
ตรวจสอบช่วงเวลาสุดท้ายของ PBH
ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขาตีพิมพ์ในไฟล์, Calzàและการศึกษาผู้เขียนร่วมJoão G. Rosa, นักฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัย Coimbra ได้แนะนำวิธีการที่เป็นนวัตกรรมสำหรับการศึกษา PBHS ในช่วงสุดท้ายของการระเหย โดยการวิเคราะห์คุณสมบัติของรังสีฮอว์คิงของพวกเขาทั้งคู่พัฒนาเครื่องมือเพื่อประเมินมวลและสปินของ PBH
"การติดตามมวลและการหมุนของ PBH ในขณะที่ระเหยสามารถให้เบาะแสที่มีค่าเกี่ยวกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของมัน" Rosa บอกกับ Live Science ในอีเมล
งานของพวกเขามีความหมายที่สำคัญสำหรับฟิสิกส์พื้นฐาน ในการศึกษาก่อนหน้านี้ Rosa, Calzàและผู้ทำงานร่วมกัน John March-Russell จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดสำรวจวิธีการ- ความพยายามที่จะรวมกองกำลังพื้นฐานของธรรมชาติภายในทฤษฎีควอนตัมเดียว - อาจส่งผลกระทบต่อการระเหย PBH ทฤษฎีสตริงทำนายการมีอยู่ของอนุภาคมวลต่ำจำนวนมากที่เรียกว่าแกนซึ่งไม่มีการหมุนที่แท้จริง งานวิจัยของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าการปล่อย Axion สามารถหมุน PBH ได้จริง ๆ แล้วตรงกันข้ามกับการคาดการณ์ของ Hawking
“ PBH ที่หมุนได้จะให้หลักฐานที่น่าสนใจสำหรับแกนที่แปลกใหม่เหล่านี้ซึ่งอาจปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ของอนุภาค” Calzàกล่าว
นอกจากนี้การศึกษาชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์วิวัฒนาการของมวลของ PBH และการหมุนในช่วงเวลาสุดท้ายสามารถเปิดเผยการมีอยู่ของอนุภาคใหม่อื่น ๆ โดยการติดตามสเปกตรัมของรังสีฮอว์คิงนักวิทยาศาสตร์อาจสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างแบบจำลองฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูง กล้องโทรทรรศน์นิวตริโนเช่น Icecube สามารถช่วยค้นพบอนุภาคใหม่เหล่านี้เมื่อ PBHS ระเบิดในอวกาศ
“ ถ้าเราสามารถจับ PBH ได้เพียงครั้งเดียวและวัดรังสีฮอว์คิงของมันเราสามารถเรียนรู้จำนวนมหาศาลเกี่ยวกับอนุภาคใหม่และอาจเป็นแนวทางในการออกแบบเครื่องเร่งอนุภาคในอนาคต” Rosa กล่าว
แม้ว่าจะยังไม่พบการระเบิดของ PBH แต่เครื่องมือและวิธีการที่พัฒนาโดยทีมCalzàและ Rosa สามารถปูทางไปสู่การค้นพบในอนาคตได้ นักวิจัยย้ำว่าการทดลองที่อุทิศตนอาจไม่จำเป็นเนื่องจากกล้องโทรทรรศน์แกมม่าเรย์และนิวตริโนใหม่หลายตัวที่มีความไวที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนได้อยู่ในการพัฒนาแล้ว
“ กล้องโทรทรรศน์ที่กำลังจะมาถึงสามารถมองเห็นได้อย่างง่ายดายหากมันระเบิดอยู่ใกล้ ๆ ถ้าเราโชคดีพอที่จะตรวจจับการระเบิดของ PBH มันสามารถเปลี่ยนแปลงทุกสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับกฎพื้นฐานของธรรมชาติ” Rosa กล่าว
