Co było przed Wielkim Wybuchem? Badania wskazują, że inny wszechświat

Czarne dziury a ciemna materia

Najnowsze badania wskazują, że ciemna materia może składać się z czarnych dziur powstałych podczas przejścia od ostatniego cyklu kurczenia się wszechświata do obecnej fazy ekspansji. Według naukowców miało to miejsce przed Wielkim Wybuchem. Jeśli naukowcy potwierdzą tę hipotezę, będzie to oznaczać, że fale grawitacyjne generowane podczas powstawania czarnych dziur mogą być wykrywalne przez przyszłe obserwatoria fal grawitacyjnych. Dzięki temu naukowcy będą mogli zweryfikować ten scenariusz generowania ciemnej materii.

Obserwacje ruchów gwiazd w galaktykach oraz mikrofalowego promieniowania tła wskazują, że około 80 proc. całej materii we wszechświecie stanowi ciemna materia. To substancja, która nie odbija, nie pochłania ani nie emituje światła. Pomimo jej powszechności, naukowcy wciąż nie zidentyfikowali, z czego składa się ciemna materia.

Polecamy: Astronomowie wykryli ultramasywną czarną dziurę

Hipoteza pierwotnych czarnych dziur

W nowym badaniu europejscy naukowcy przeanalizowali scenariusz, w którym ciemna materia składa się z pierwotnych czarnych dziur powstałych w wyniku falowania gęstości. Miało to miejsce podczas ostatniej fazy kurczenia się wszechświata, tuż przed okresem ekspansji, którą obserwujemy obecnie. Wyniki swoich badań opublikowali w czerwcu w czasopiśmie Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Podskakujący kosmos. Co było przed Wielkim Wybuchem?

Tradycyjna kosmologiczna teoria sugeruje, że wszechświat rozpoczął się od osobliwości, po której nastąpił krótki okres niezwykle szybkiej ekspansji, zwanej inflacją. Jednak autorzy nowego badania przeanalizowali alternatywną teorię, znaną jako „kosmologia odbijająca materię niesinusoidalną”. Zakłada ona, że wszechświat najpierw przeszedł fazę kurczenia się, która zakończyła się odbiciem z powodu rosnącej gęstości materii. To odbicie doprowadziło do Wielkiego Wybuchu i przyspieszonej ekspansji, którą obserwujemy obecnie.

Według tej teorii wszechświat skurczył się do rozmiaru około 50 rzędów wielkości mniejszego niż obecnie. Po odbiciu powstały fotony i inne cząstki, co doprowadziło do Wielkiego Wybuchu. W momencie odbicia gęstość materii była tak wysoka, że w wyniku fluktuacji kwantowych powstały małe czarne dziury. To właśnie one mogą być źródłem ciemnej materii.

„Małe pierwotne czarne dziury mogły powstać na bardzo wczesnym etapie istnienia wszechświata. Jeśli nie są zbyt małe, ich rozpad z powodu promieniowania Hawkinga nie będzie wystarczająco skuteczny, aby się ich pozbyć. Więc nadal mogą istnieć” – powiedział Patrick Peter, dyrektor badań we francuskim Narodowym Centrum Badań Naukowych.

Przyszłe badania i obserwacje. Czarne dziury źródłem ciemnej materii?

Obliczenia naukowców pokazują, że właściwości tego modelu wszechświata, takie jak zakrzywienie przestrzeni i kosmiczne mikrofalowanie tła, są zgodne z obecnymi obserwacjami. Potwierdza to ich hipotezę. Aby dokładniej przetestować swoje przewidywania, naukowcy planują wykorzystać obserwatoria fal grawitacyjnych nowej generacji.

Badacze w swoim modelu obliczyli właściwości fal grawitacyjnych wytwarzanych podczas formowania się czarnych dziur. Stwierdzili, że mogą one zostać wykryte przez przyszłe obserwatoria grawitacyjne. Detekcje te mogłyby potwierdzić, czy pierwotne czarne dziury rzeczywiście stanowią źródło ciemnej materii. Jednak może minąć ponad dekada, zanim któreś z tych obserwatoriów zostanie uruchomione.

„Nasza praca wyjaśnia naturalny sposób formowania małych czarnych dziur. Ponadto dzięki niej wiemy, że istnieją czarne dziur, które mogą tworzyć ciemną materię. Inne badania analizują zachowanie takich małych czarnych dziur w pobliżu gwiazd, co może potencjalnie prowadzić do ich wykrycia w przyszłości” – powiedział Peter.

Polecamy: Tajemnicze zachowanie gigantycznej czarnej dziury. Astronomowie zaskoczeni