Κυριακή, 18 Ιουνίου 2017

Μήπως φιλοξενούν οι αόρατες αρχέγονες μαύρες τρύπες την σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος;


Παρά τις πολύχρονες έρευνες για την ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης, με πειράματα που κοστίζουν δεκάδες εκατομμύρια δολάρια, είτε σε υπόγεια ορυχεία σιδήρου στην Μινεσότα είτε στο πρότζεκτ Ice Cube  στην Ανταρκτική, κανείς δεν έχει δει την ουσία αυτή. Είναι δύσκολο λοιπόν να ξεφύγει κάποιος από το συμπέρασμα ότι είναι απαραίτητη κάποια άλλη εξήγηση για τη μάζα που λείπει.
 
Ο κοσμολόγος Paul Frampton στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι η ελλείπουσα 23% της μάζας του σύμπαντος αποτελείται από μαύρες τρύπες που είναι πάρα πολύ μικρές για να τις δούμε άμεσα, αλλά πολύ μεγάλες για να έχουν εξατμιστεί λόγω της ακτινοβολίας Hawking.
 
Στην εικόνα τα αόρατα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από τον σκοτεινό πυρήνα του Γαλαξία μας, δηλαδή από τη μαύρη τρύπα στο γαλαξία Centaurus A, που βρίσκεται 14 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. Μελέτες δείχνουν ότι η μαύρη τρύπα είναι 50 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου.
 
Ο Frampton έφτασε στο συμπέρασμα αυτό, αναζητώντας το εξής ερώτημα: ποιά είναι η μέγιστη εντροπία του σύμπαντος που θα μπορούσε να οφείλεται στο ότι ολόκληρο το ορατό σύμπαν ήταν μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα; Η απάντηση καταλήγει να είναι 10123, ένας τεράστιος αριθμός που καθορίζει το ανώτατο όριο σε αυτό που η εντροπία μπορεί να είναι.
 
Αυτοί μετά καθόρισαν το χαμηλότερο όριο από το άθροισμα της εντροπίας σε όλες τις γνωστές μαύρες τρύπες στο σύμπαν, με την παραδοχή ότι υπάρχει μια γιγαντιαία μαύρη τρύπα στο κέντρο κάθε γαλαξία, μια άποψη που συνήθως πιστεύει η αστροφυσική κοινότητα στον κόσμο. Αυτός ο αριθμός είναι 10103, πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερη.
 
Ο Frampton γι αυτό πιστεύει ότι είναι απίθανο να έχουν αυτές μια σημαντική συμβολή στην εντροπία στο σύμπαν μας: "Κάθε υπερβαρέα μαύρη τρύπα είναι περίπου στο μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος ή και λιγότερο ακόμα, έτσι είναι διαισθητικά απίθανο να είναι ουσιαστικά όλη η εντροπία τόσο συγκεντρωμένη. "
 
Σε κάτι άλλο πρέπει λοιπόν να οφείλεται η αυξημένη εντροπία. Αλλά τι και πού;
Αυτή δεν μπορεί να είναι η ορατή ύλη επειδή οι συμβατικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι η εντροπία της ανέρχεται σε μόνο 1088. Και τι μένει λοιπόν; Αυτό που μένει είναι η εντροπία της σκοτεινής ύλης. Τι είδους μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για αυτό το αποτέλεσμα; Αποδεικνύεται ότι κάθε μαύρη τρύπα μεγαλύτερη από 106 ηλιακές μάζες θα αναγκάσει την γειτονική της ύλη να την περικυκλώνει, εμποδίζοντας από το να σχηματιστούν τους γαλαξίες. Οποιεσδήποτε μάλιστα μαύρες τρύπες μικρότερες από 10-8 ηλιακές μάζες θα έχουν εξατμιστεί.
 
Τελικά το συμπέρασμα του Frampton είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από μαύρες τρύπες με μάζα μεταξύ 10 και 10-8 ηλιακές μάζες, οι οποίες δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια ανάμεσα στις δύο περιόδους του πληθωρισμού. Η πρώτη οδήγησε στην μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος που βλέπουμε και έχει μετρηθεί από το διαστημικό σκάφος WMAP. Η δεύτερη οδήγησε στη συσσώρευση που δημιούργησε ένα μεγάλο αριθμό μεσαίων αρχέγονων μαύρων οπών.
 
Η θεωρία του Frampton μπορεί να ελεγχθεί εξετάζοντας για αποδείξεις ότι υπάρχουν αρχέγονες μαύρες τρύπες, και οι οποίες θα πρέπει να προκαλούν μικρο-βαρυτικούς φακούς, ένα γεγονός στο οποίο η βαρύτητα τους θα συγκεντρώνει το φως από άστρα πίσω τους, όπως φαίνεται από τη Γη.