Wetenschap
Enkele slimme manieren om naar oorspronkelijke zwarte gaten te zoeken
Primordiale zwarte gaten (PBH's) hebben de laatste tijd veel aandacht gekregen in de natuurkundegemeenschap. Een van de belangrijkste redenen is het mogelijke verband met donkere materie. Als bewezen kan worden dat PBH's bestaan, is de kans groot dat ze bestaan uit donkere materie, het onzichtbare ding dat 85% van de massa van het universum uitmaakt. Indien bewezen, zou dit zeker een ontdekking op Nobelniveau in de astrofysica zijn.
Maar om het te bewijzen, moet iemand ze eerst vinden. Tot nu toe bestaan PBH's alleen in theorie. Maar we komen dichter bij het bewijs dat ze bestaan, en er is een nieuw artikel geplaatst op de arXiv preprint-server van Marcos Flores van de Sorbonne en Alexander Kusenko van UCLA schetst enkele ideeën over hoe we eindelijk PBH's zouden kunnen vinden en daarmee hun verband met donkere materie kunnen bewijzen of weerleggen.
Drs. Flores en Kusenko concentreren zich op het begrijpen van PBH-vormingstheorieën en extrapoleren vervolgens hoe deze formaties detecteerbaar kunnen zijn, zelfs met moderne apparatuur. Een typisch zwart gat, waarvan we weten dat het bestaat, ontstaat wanneer superzware sterren onder hun eigen gewicht instorten.
PBH's werden gevormd voordat er sterren van een dergelijke omvang konden instorten, dus moeten ze met een ander mechanisme worden gevormd. Het artikel beschrijft een theoretisch PBH-vormingsproces dat een gedetailleerde wiskundige blik op de asymmetrie van deeltjes omvat en hoe dat past in andere modellen van de deeltjesfysica. Maar hoe kunnen astronomen die formaties zien?
Eén manier is door te kijken naar een verlies aan impulsmoment. Astronomen kunnen al vroeg in het heelal ‘halo’s’ van deeltjes waarnemen. In veel gevallen draaien ze snel. Als hun rotatie echter dramatisch vertraagt, kan dit erop duiden dat zich in de buurt een PBH aan het vormen was, waardoor een deel van de energie uit dat impulsmoment werd ondermijnd door de deeltjes naar zich toe te trekken.
Een andere manier is door naar een nieuw favoriet mechanisme van astronomen overal ter wereld te kijken:zwaartekrachtgolven. Het is niet helemaal duidelijk of de vorming van PBH's zwaartekrachtgolven kan veroorzaken. Toch bespreekt het artikel enkele raamwerken die mogelijk kunnen leiden tot een theorie over de vraag of dit wel het geval is.
Supersymmetrie biedt een van die raamwerken. In sommige gevallen zou het vroege universum dat opereert volgens de principes van supersymmetrie een PBH kunnen vormen die een zwaartekrachtgolf zou vormen die de volgende generatie zwaartekrachtgolfdetectoren mogelijk zou kunnen detecteren. In het bijzonder zou het gaan om wat het artikel een ‘poltergeistmechanisme’ noemt, dat voortkomt uit ruimte-tijdverstoringen in bepaalde theorieën.
Een laatste manier om deze PBH's te detecteren is door te letten op zwaartekrachtlenzen. Sommige experimenten, zoals het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) en de Hyper Suprime-Cam (HSC) van de Subaru-telescoop, hebben zwaartekracht-microlensing opgemerkt waarbij er geen massief object bekend is dat dergelijke lensing veroorzaakt. PBH's, die feitelijk onzichtbaar zouden zijn voor deze telescopen, zouden één verklaring kunnen bieden, hoewel andere verklaringen eerst moeten worden uitgesloten.
Andere theorieën bieden andere mogelijkheden voor PBH-detectie, waaronder het kijken naar de interactie van "Q-balls" of theoretische grote "klodders" van materie. Als er voldoende hiervan bij elkaar worden verzameld, kunnen ze mogelijk een PBH vormen.
Uiteindelijk zijn er meer vragen dan antwoorden rondom deze mysterieuze objecten. Als ze bestaan, kunnen ze er veel beantwoorden. Er zijn echter meer gegevens nodig om dit zonder enige redelijke twijfel te bewijzen. Experimentalisten zijn al zo snel mogelijk bezig met het ontwikkelen van nieuwe en betere detectoren die kunnen helpen bij de jacht op PBH's. Als ze bestaan, is het slechts een kwestie van tijd voordat we ze vinden.