Az ősi fekete lyukak (PBH-k), amelyek a feltételezések alapján közvetlenül az Ősrobbanás után keletkeztek (innen az elnevezés), fekete lyukhoz képest váratlanul nem csak felforrósódhatnak, de akár fel is robbanhatnak. A legújabb kutatások szerint ezeket a kozmikus robbanásokat a Hawking-sugárzás néven ismert kvantumfolyamat válthatja ki – ha pedig ez igaz, akkor egy új fizika kidolgozása küszöbén toporoghatunk. Már csak egyetlen dolog hiányzik, hogy a kép teljes legyen – írja a Live Science.

A hatalmas csillagokból képződött fekete lyukakkal ellentétben a PBH-k az ős-univerzum magas energiájú, különösen sűrű régióinak az összeomlásaiból alakulhattak ki. Ezeket a kompakt objektumokat, amelyek létezését eredetileg még 1967-ben Yakov Zeldovich és Igor Novikov javasolta, nehéz közvetlenül megfigyelni. Ha azonban tényleg lennének ilyen objektumok, az segíthetne megmagyarázni a sötét anyag mibenlétét, amely bár az univerzum anyagának körülbelül 85 százalékát, de alig tudunk bármit is róla. Ahhoz viszont, hogy a PBH-kat megértsük, első lépésként a Hawking-sugárzás működését kellene tisztáznunk.

A PBH-k nevében szó szerint benne van, hogy fekete lyuk, ám ennek ellenére ezek nem teljesen feketék, mivel sugárzást bocsátanak ki, ami miatt fokozatosan veszítenek a tömegükből. Ez a tehát úgynevezett Hawking-sugárzás akkor keletkezik, amikor az eseményhorizonthoz – a fekete lyuk pereméhez – közel lévő virtuális részecskepárok elválnak: az egyik részecske sugárzásként távozik, míg a másik a fekete lyukba zuhan. A nagyobb fekete lyukak ilyetén sugárzása minimális, de a kisebbek, mint például tehát a PBH-k, elegendő sugárzást bocsáthatnak ki ahhoz, hogy észlelhetők legyenek.

Marco Calzà, a Coimbrai Egyetem elméleti fizikusa szerint pedig a fentebb leírt tulajdonság kapóra is jöhet, mivel az, hogy a kisebb fekete lyukak „sokkal melegebbek , és jelentősebb sugárzást bocsátanak ki, lehetővé teheti számunkra ennek a folyamatnak a megfigyelését”. Ahogy a PBH a sugárzás kibocsátásával összezsugorodik, a hőmérséklete csak tovább emelkedik, ami egy visszacsatolási hurkot hoz létre – és ennek köszönhetően a párolgás egy erőteljes sugárkitöréssel zárulhat. A jó hír pedig, hogy az ilyen kitörések észlelhetőek is lennének gamma-sugár- és neutrínótávcsövekkel. Ha pedig ezt a jövőben ezekkel az eszközökkel ténylegesen is sikerülne megfigyelni, akkor pedig új fizika születne meg szó szerint a kutatók szeme előtt.

A Journal of High Energy Physics folyóiratban nemrég közzétett tanulmányban Calzà és kollégája, João G. Rosa módszereket dolgozott ki a PBH-k párolgás közbeni elemzésére, így becslésekkel szolgálhatnak a PBH tömegére és forgására. Ezek az adatok fontos támpontokat nyújthatnak a PBH keletkezésének és fejlődésének a megértéséhez. A tanulmány szerint ráadásul a PBH-k viselkedése akár az egyébként erősen vitatott húrelmélet tisztázásához is hozzájárulhat. Ha ez sikerülne, akkor lényegében egyetlen elméleti keretben lehetne egyesíteni az összes alapvető erőt – ami a fizika régi célja.

Mindennek oka, hogy a húrelmélet szerint léteznek kis tömegű részecskék, úgynevezett axionok, amelyek a PBH forgását okozhatják. Calzà a bizonyítást így magyarázta:

“Egy forgó PBH észlelése erős bizonyíték lehetne az axionok létezésére, ami alapvetően megváltoztathatná a részecskefizikáról alkotott képünket.”

A PBH tömegének és forgásának megfigyelésével a tudósok ráadásul új részecskéket is azonosíthatnának. Ha egy PBH-robbanást észlelnek, az IceCube-hoz hasonló neutrínóteleszkópok segítségével a különböző nagyenergiájú részecskefizikai modellek megkülönböztethetők lennének a sugárzási spektrum alapján. Rosa kiemelte az ebben rejlő lehetőségeket:

“Ha csak egy felrobbanó PBH-t meg tudunk figyelni, és megmérjük annak a Hawking-sugárzását, értékes betekintést nyerhetünk az új részecskékbe, amelyeken a jövőbeli részecskegyorsítók tervei alapulhatnak.”

Bár tehát PBH-robbanást még nem észleltek, erre a jövőben sor kerülhet a gamma- és neutrínóteleszkópok fejlődésével. Rosa pedig éppen e tekintetben rendkívül bizakodó:

“A közelgő teleszkópok könnyen észlelhetnek ilyet, ha egy PBH a közelünkben robban fel. Ha elég szerencsések vagyunk ahhoz, hogy egy ilyen esemény szemtanúi legyünk, azzal gyökeresen megváltozhat az alapvető fizikáról alkotott tudásunk.”

(A cikkhez használt kép csak illusztráció, a forrása: Pixabay/Geralt)