Wetenschap
Het universum zou gevuld kunnen zijn met ultralichte zwarte gaten die niet kunnen sterven
Primordiale zwarte gaten zijn hypothetische objecten die tijdens de vroegste momenten van het universum zijn gevormd. Volgens de modellen zijn ze ontstaan uit microschommelingen in de materiedichtheid en de ruimtetijd en zijn ze uitgegroeid tot zwarte gaten ter grootte van een zandkorrel.
Hoewel we nog nooit oorspronkelijke zwarte gaten hebben ontdekt, hebben ze alle noodzakelijke eigenschappen van donkere materie, zoals het niet uitstralen van licht en het vermogen om zich rond sterrenstelsels te clusteren. Als ze bestaan, kunnen ze het grootste deel van de donkere materie verklaren.
Het nadeel is dat de meeste oorspronkelijke kandidaten voor een zwart gat door observatie zijn uitgesloten. Om rekening te houden met donkere materie zouden er bijvoorbeeld zoveel van deze zwaartekrachtspieken moeten zijn dat ze vanuit ons gezichtspunt vaak voor een ster langs zouden passeren. Dit zou een microlensing-flare creëren die we regelmatig zouden moeten observeren. Verschillende luchtonderzoeken hebben tevergeefs naar een dergelijke gebeurtenis gezocht, dus donkere materie van PBH is tegenwoordig geen populair idee.
Een nieuw werk, gepost op de arXiv preprint-server, hanteert een iets andere benadering. In plaats van te kijken naar typische oer-zwarte gaten, wordt er gekeken naar ultralichte zwarte gaten. Deze bevinden zich aan de kleine kant van de mogelijke massa en zijn zo klein dat Hawking-straling een rol zou gaan spelen.
De snelheid van Hawking-verval is omgekeerd evenredig met de grootte van een zwart gat, dus deze ultralichte zwarte gaten zouden op een korte kosmische tijdschaal tot hun einde van hun leven moeten uitstralen. Omdat we geen volledig model van kwantumzwaartekracht hebben, weten we niet wat er uiteindelijk met ultralichte zwarte gaten zou gebeuren, en dat is waar dit artikel van pas komt.
Zoals de auteur opmerkt, zijn er in principe drie mogelijke uitkomsten. De eerste is dat het zwarte gat volledig wegstraalt. Het zwarte gat zou eindigen als een korte flits van hoogenergetische deeltjes. De tweede is dat een of ander mechanisme volledige verdamping verhindert en dat het zwarte gat een soort evenwichtstoestand bereikt. De derde optie is vergelijkbaar met de tweede, maar in dit geval zorgt de evenwichtstoestand ervoor dat de gebeurtenishorizon verdwijnt, waardoor een blootgestelde dichte massa overblijft die bekend staat als een naakte singulariteit. De auteur merkt ook op dat voor de laatste twee uitkomsten de objecten mogelijk een netto elektrische lading hebben.
Voor het geval van verdamping zou de grootste onbekende de tijdschaal van de verdamping zijn. Als PBH’s aanvankelijk klein zijn, zouden ze snel verdampen en bijdragen aan het opwarmingseffect van de vroege kosmos. Als ze langzaam verdampen, zouden we hun dood moeten kunnen zien als een flits van gammastraling. Geen van deze effecten is waargenomen, maar het is mogelijk dat detectoren zoals Fermi's Large Area Telescope er één op heterdaad betrappen.
Voor de laatste twee opties stelt de auteur dat een evenwicht rond de Planck-schaal zou worden bereikt. De overblijfselen zouden zo groot zijn als protonen, maar met een veel hogere massa. Als deze overblijfselen elektrisch neutraal zijn, zouden ze helaas onmogelijk te detecteren zijn. Ze zouden niet in andere deeltjes vervallen, noch zouden ze groot genoeg zijn om direct te detecteren. Dit komt overeen met de waarneming, maar is geen bevredigend resultaat. Het model is feitelijk onbewijsbaar. Als de deeltjes een lading hebben, kunnen we hun aanwezigheid mogelijk detecteren in de volgende generatie neutrinodetectoren.
Het belangrijkste aan dit werk is dat primordiale zwarte gaten niet volledig worden uitgesloten door de huidige waarnemingen. Totdat we betere gegevens hebben, sluit dit model zich aan bij de theoretische stapel van vele andere mogelijkheden.