_ Model nou urmărește să explice lipsa găurilor negre miniaturale din universul timpuriu

Cercetătorii de la Centrul de Cercetare pentru Universul timpuriu (RESCEU) și Institutul Kavli pentru Fizica și Matematica Universului (Kavli IPMU, WPI) la Universitatea din Tokyo au aplicat teoria câmpului cuantic bine înțeleasă și foarte verificată, aplicată de obicei la studiul celor foarte mici, la o nouă țintă, universul timpuriu.

Explorarea lor a condus la concluzia că ar trebui să existe mult mai puține găuri negre miniaturale decât sugerează majoritatea modelelor, deși observațiile care să confirme acest lucru ar trebui să fie posibile în curând. Tipul specific de gaură neagră în cauză ar putea fi un candidat pentru materia întunecată. Lucrarea lor a fost publicată în Physical Review Letters și Physical Review D.

Studiul universului poate fi un lucru descurajant, așa că haideți să ne asigurăm că suntem cu toții pe aceeași pagină. Deși detaliile sunt neclare, consensul general în rândul fizicienilor este că universul are aproximativ 13,8 miliarde de ani, a început cu o explozie, s-a extins rapid într-o perioadă numită inflație și undeva de-a lungul liniei a trecut de la a fi omogen la a conține detalii și structură.

Majoritatea universului este gol, dar, în ciuda acestui fapt, pare a fi semnificativ mai greu decât poate fi explicat prin ceea ce putem vedea - noi numim această discrepanță materie întunecată și nimeni nu știe ce ar putea fi aceasta, dar dovezi că ar putea fi găuri negre, în special cele vechi.

„Le numim găuri negre primordiale (PBH) și mulți cercetători consideră că sunt un candidat puternic pentru materia întunecată, dar ar trebui să fiți mulți dintre ei pentru a satisface această teorie”, a spus studentul absolvent Jason Kristiano.

„Sunt interesante și din alte motive, deoarece de la recenta inovație a astronomiei undelor gravitaționale, au existat descoperiri ale găurii negre binare. fuziuni, ceea ce poate fi explicat dacă PBH-uri există în număr mare. Dar, în ciuda acestor motive puternice pentru abundența lor așteptată, nu am văzut niciunul în mod direct, iar acum avem un model care ar trebui să explice de ce este cazul.”

Kristiano și supervizorul său, profesorul Jun'ichi Yokoyama , în prezent directorul Kavli IPMU și RESCEU, au explorat pe larg diferitele modele pentru formarea PBH, dar au descoperit că concurenții principali nu se aliniază cu observațiile reale ale fondului cosmic cu microunde (CMB), care este un fel ca o amprentă rămasă de la explozia Big Bang care marchează începutul universului Și dacă ceva nu este de acord cu observațiile solide, fie nu poate fi adevărat, fie poate doar o parte dintr-o imagine.

În acest caz, echipa a folosit un abordare nouă pentru a corecta modelul principal de formare a PBH din inflația cosmică, astfel încât să se alinieze mai bine cu observațiile curente și să poată fi verificată în continuare cu observațiile viitoare ale observatoarelor terestre ale undelor gravitaționale din întreaga lume.

„La început, Universul era incredibil de mic, mult mai mic decât dimensiunea unui singur atom. Inflația cosmică a extins rapid aceasta cu 25 de ordine de mărime. La acel moment, undele care călătoreau prin acest spațiu mic ar fi putut avea amplitudini relativ mari, dar lungimi de undă foarte scurte. Ceea ce am descoperit este că aceste unde minuscule, dar puternice, se pot traduce prin amplificarea altfel inexplicabilă a undelor mult mai lungi pe care le vedem în CMB actual”, a spus Yokoyama.

„Credem că acest lucru se datorează unor cazuri ocazionale de coerență. între aceste unde scurte timpurii, care pot fi explicate folosind teoria câmpului cuantic, cea mai robustă teorie pe care o avem pentru a descrie fenomene de zi cu zi precum fotonii sau electronii. În timp ce undele scurte individuale ar fi relativ neputincioase, grupurile coerente ar avea puterea de a remodela valurile mult mai mari decât ele însele. Acesta este un exemplu rar în care o teorie a ceva la o scară extremă pare să explice ceva la capătul opus al scării.”

Dacă, așa cum sugerează Kristiano și Yokoyama, fluctuațiile timpurii la scară mică din univers afectează unele dintre fluctuațiile la scară mai mare pe care le vedem în CMB, ar putea modifica explicația standard a structurilor grosiere din univers. . Dar, de asemenea, având în vedere că putem folosi măsurători ale lungimilor de undă în CMB pentru a constrânge în mod eficient amploarea lungimilor de undă corespunzătoare în universul timpuriu, constrânge în mod necesar orice alte fenomene care s-ar putea baza pe aceste lungimi de undă mai scurte și mai puternice. Și aici revin PBH-urile.

„Se crede pe scară largă că prăbușirea lungimilor de undă scurte, dar puternice, în universul timpuriu este ceea ce creează găuri negre primordiale”, a spus Kristiano. „Studiul nostru sugerează că ar trebui să existe mult mai puține PBH decât ar fi necesare dacă acestea sunt într-adevăr un candidat puternic pentru materia întunecată sau evenimentele unde gravitaționale.”

La momentul scrierii, observatoarele de unde gravitaționale din lume, LIGO în S.U.A., Virgo în Italia și KAGRA în Japonia, se află în mijlocul unei misiuni de observare care își propune să observe primele mici găuri negre, probabil PBH. În orice caz, rezultatele ar trebui să ofere echipei dovezi solide care să o ajute să-și perfecționeze teoria în continuare.

(Fluierul)