Ötdimenziós objektumok lehetnek az ősi fekete lyukak
Ha léteznek az ősi fekete lyukak, akkor azok akár összeomló kozmikus húrokból keletkezett ötdimenziós objektumok is lehetnek – erre a következtetésre jutott egy kutatócsoport a Physical Review D. szakfolyóiratban szeptember 28-án közzétett tanulmányában.
A korai univerzum egyik legnagyobb rejtélye, hogyan keletkezhettek a legősibb fekete lyukak már nem sokkal az ősrobbanás után, hiszen feltételezett eredetük csak nehezen lenne megmagyarázható a fekete lyukak keletkezésére vonatkozó jelenlegi ismereteinkkel. Az új hipotézis az úgynevezett sötét dimenzió elképzelésén és a húrelméleten alapul.
Eddig még nem sikerült megalkotni az átfogó elméletet azokra a rendszerekre, amelyekben egyszerre kell figyelembe venni a gravitációt és a kvantumállapotot, azaz nincs koherens kvantumgravitációs elméletünk, éppen ezért az univerzum legkorábbi periódusának története a fizika egyik legnagyobb megoldatlan problémája.
Ősi fekete lyukak és a rejtélyes sötét dimenzió
Az asztrofizikusok többségi álláspontja szerint az ősrobbanást követő pillanatokban fekete lyukak is keletkezhettek. Bár ezeket az objektumokat eddig még nem sikerült megfigyelni, létezésük izgalmas kérdés, amelyről heves szakmai vita folyik az elméleti fizikusok között.
A most publikált új elmélet az ősi fekete lyukakat az általunk tapasztalt dimenziókon túlra, az úgynevezett sötét dimenzióba helyezi át. A szaktudósok szerint a sötét dimenzió magyarázatot nyújthatna a titokzatos sötét energiára is, arra a hipotetikus összetevőre, ami a világegyetem gyorsuló tágulásáért felel.
A sötét energia a kozmológiában az a feltételezett energiaforma, ami kitölti az egész univerzumot és erős antigravitációs hatást, azaz negatív nyomást fejt ki. Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint a negatív nyomás nagy távolságokon semlegesíti a gravitációs vonzást. A sötét energia pillanatnyilag a legelfogadottabb magyarázat arra az 1990-es években felfedezett jelenségre, miszerint az univerzum gyorsulva tágul.
A többi extra dimenzióval ellentétben – amelyek olyan parányiak, hogy jelenlegi technológiánkkal még csak nem is vizsgálhatjuk ezeket – a sötét dimenzió már a mikronos tartományba esik. A húrelmélet értelmében minden részecske rezgő energiahúrokból épül fel.
A sötét dimenzió hipotézise alapján a vákuumbeli húrok annihilációja a sötét energiával egyező energiát szabadítana fel, amennyiben létezne egy mikronos méretű dimenzió, amelyből ez az energia kiszivároghatna. Az annihiláció az az esemény, amikor egy elemi részecske az antirészecske-párjával találkozik és mindkettő megsemmisül, miközben a tömegüknek megfelelő energia fotonok formájában távozik.
Kozmikus húrok és a Roman űrteleszkóp
A korai univerzum ősi fekete lyukai nem lehetnek hagyományos eredetűek, vagyis a nagy tömegű csillagok gravitációs összeomlása révén keletkező fekete lyukak, ezt ugyanis az újszülött univerzum életkora és az általános csillagfejlődés hosszú időbeli intervalluma egyszerűen kizárja.
Az ősi fekete lyukak eredete tehát nem vezethető vissza a csillagok összeomlására, ami viszont elméletben lehetővé teszi, hogy sokkal kisebb tömegűek legyenek az eddig ismert legkisebb tömegű fekete lyukaknál is. A tanulmányt jegyző Luis Anchordoqui, a Lehman College kutató fizikusa és munkatársai egy olyan forgatókönyvet vizsgáltak, amelyben az univerzum egy sötét dimenzióval is rendelkezik, továbbá modellezték, hogy mit jelentene ez a dimenzió az ősi fekete lyukak szempontjából.
A tudóscsoport szerint ez azt valószínűsítheti, hogy a korai ősi fekete lyukak nem csupán az einsteini négy téridő-dimenzióban létezhetnek, hanem akár erre az ötödik dimenzióra is kiterjedhet a létük. Különösen igaz ez abban az esetben, ha ezek az egészen korai fekete lyukak egy kozmikus húr – a téridő szövetében lévő hiba – összeomlása révén keletkeztek; ekkor ugyanis kellően nagy tömegűek lennének ahhoz, hogy egészen napjainkig fennmaradjanak.
A kutatócsoport szerint e fekete lyukak létezését valószínűsítheti, hogy a KM3NeT detektor nemrégiben egy nagy energiájú neutrínót észlelt. Ezt a megfigyelést korábban már összefüggésbe hozták az egyelőre még hipotetikus ősi fekete lyukakkal. Noha egyelőre még nincs tapasztalati bizonyíték e korai fekete lyukak létezésére, hamarosan az asztrofizikusok rendelkezésére áll egy olyan műszer, melynek segítségével néhány ilyen objektum azonosíthatóvá válik.
A Nancy Grace Roman űrteleszkóp a beüzemelése után többek között azokat a csillagrendszerükből kiszakadt égitesteket keresi majd, amelyek a háttérben lévő fényforrások előtt elhaladva finom gravitációs lencsehatást idéznek elő. Ezzel a mikrolencse-hatáson alapuló módszerrel akár fekete lyukakat is észlelhet. Egy olyan fekete lyuk, amely túl kicsi ahhoz, hogy szupernóva-robbanás révén jöjjön létre, cáfolhatatlan bizonyítékul szolgálna arra, hogy ősi, primordiális eredetű.
