Черни дупки с размер на атом: нов обрат в разгадаването тайните на тъмната материя

Може ли този микроскопичен убиец да премине през телата ни?

Учените предполагат, че малки черни дупки с размерите на атом, но с масата на астероид, могат да преминат през вътрешната част на Слънчевата система веднъж на десетилетие. Тези мистериозни обекти, известни като първични черни дупки, биха могли да обяснят загадката на тъмната материя, за която се смята, че доминира във Вселената.

Според ново изследване, публикувано в списание Physical Review D, ако такава черна дупка премине близо до Луната или Марс, учените може да успеят да я открият. Теоретично първичните черни дупки може да са възникнали непосредствено след раждането на Вселената, когато се смята, че космосът се е разширил с огромна скорост за части от секундата.

По време на това разширяване са се увеличили миниатюрните квантови флуктуации в плътността на пространството и някои региони може да са станали толкова плътни, че да са се сринали в черни дупки, разпръснати из целия космос. Ако тъмната материя се обясни с това явление, най-вероятната им маса според някои теории е между 10^17 и 10^23 грама.

Сара Р. Гелер , физик теоретик в Масачузетския технологичен институт (MIT) и съавтор на изследването, обяснява:

„Когато черна дупка премине покрай планета, тя ще започне да осцилира. Колебанията ще се натрупват в продължение на няколко години, но в крайна сметка ще утихнат и ще се сведат до нула.“

Тунг Х. Тран, студент в Масачузетския технологичен институт, разработва компютърен модел на Слънчевата система, за да види как ще се промени разстоянието между Земята и близките обекти след преминаването на подобна черна дупка. Според неговите констатации ефектът ще бъде най-забележим за Марс, чието разстояние учените знаят с точност до 10 сантиметра, тъй като редовно изпращаме множество сонди и модули, които кацат на Червената планета.

„Открихме, че за три години сигналът ще нарасне до 1-3 метра“, казва Тран. „Това е доста над прага на точността, която можем да измерим.“

Ако учените открият подобни смущения, те ще трябва да определят дали те са причинени от черна дупка или от обикновен астероид. Чрез проследяване на характера на колебанията във времето е възможно да се проследи траекторията на обекта и да се предвиди къде ще отиде в бъдеще. Ако обектът се окаже астероид, телескопите ще могат да го видят. Освен това повечето астероиди произлизат от Слънчевата система и следователно обикалят в същата равнина като планетите. От друга страна, една първична черна дупка ще пристигне от далечно разстояние и вероятно ще има много по-различна траектория от тази на астероида.

Друг потенциален начин за търсене на първични черни дупки в Слънчевата система е да се анализират по-подробни данни за самите астероиди, особено за астероида Бенну, който се следи много внимателно от настоящата космическа мисия OSIRIS-REx.

Първичните черни дупки се превръщат във все по-привлекателно решение за загадката на тъмната материя – невидима форма на масата, която според физиците съставлява по-голямата част от материята във Вселената. Дълго време физиците смятаха, че тъмната материя вероятно се проявява под формата на така наречените слабо взаимодействащи масивни частици (WIMP). Години наред обаче експериментите, целящи откриването на тези частици, се проваляха.

Физиците все по-често стигат до заключението, че тъмната материя може да взаимодейства с обикновената материя само чрез гравитацията. Това я отличава от WIMP, за които се смяташе, че могат да взаимодействат с обикновената материя и чрез слабото ядрено взаимодействие. Ако тъмната материя наистина се състои от първични черни дупки, тяхното присъствие може да бъде открито единствено чрез гравитационния ефект, който създават.

В същия брой на Physical Review D независима група изследователи публикува статия за търсенето на следи от първични черни дупки, летящи близо до Земята. Тяхното моделиране показа, че подобни сигнали могат да бъдат открити в орбиталните данни от глобалните навигационни сателитни системи, както и от гравиметрите, измерващи вариациите в гравитационното поле на нашата планета.

Дейвид Е. Кайзер от Масачузетския технологичен институт (MIT), съавтор на изследване, измерващо разстоянието между Земята и Марс, отбелязва, че двете статии се допълват много добре.

Въпреки че микроскопичните черни дупки могат да преминат сравнително близо, вероятността такава да премине през човешко тяло е невероятно малка. Ако това се случи обаче, последиците биха били катастрофални: миниатюрна черна дупка, преминаваща през тялото, би привлякла всичко към себе си, предизвиквайки фатално свиване на клетките. Макар че малкият й обем вероятно би предотвратил пълното разрушаване на тялото.