Det är möjligt att primordiala svarta hål, som tros ha bildats direkt efter Big Bang, exploderar runtom i universum. Om dessa händelser kan observeras skulle det kunna leda till nya insikter inom fysik och avslöja nya typer av partiklar som hittills varit okända. Forskningen fokuserar på den så kallade Hawkingstrålningen, en kvantprocess där svarta hål långsamt förlorar massa genom att avge energi. Denna teori presenteras i en nyligen publicerad studie i Journal of High Energy Physics och har uppmärksammats i en artikel på space.com.
Primordiala svarta hål och deras ursprung
Primordiala svarta hål (PBHs) är en hypotetisk typ av svarta hål som tros ha skapats under de första bråkdelen av en sekund efter Big Bang. Till skillnad från vanliga svarta hål, som bildas när stora stjärnor kollapsar, kan dessa små, ultrakompakta objekt ha bildats av extremt täta områden i den ”primordiala soppan” av partiklar i universums tidiga stadium. “Primordiala svarta hål är en fascinerande möjlighet eftersom de skulle kunna utgöra en naturlig förklaring för mörk materia, som utgör cirka 85% av universums materia men fortfarande är ett mysterium,” säger Marco Calzà, en teoretisk fysiker vid Universitetet i Coimbra, till space.com.
Hawkingstrålning och dess betydelse
En avgörande del i forskningen om PBHs är deras koppling till Hawkingstrålning. Enligt den brittiske fysikern Stephen Hawkings teori kan svarta hål avge strålning genom kvantmekaniska processer. Vid ett svart håls så kallade händelsehorisont, den yttre gränsen där ingenting kan undkomma gravitationen, kan par av virtuella partiklar spontant bildas och annihileras. Om en av dessa partiklar faller in i det svarta hålet medan den andra lyckas undkomma, så förlorar hålet en liten mängd massa i processen, vilket leder till att det över tid avdunstar. Detta fenomen är känt som Hawkingstrålning. Hawking formulerade sin teori i en matematiskt elegant formel som även finns ingraverad på hans gravsten i Westminster Abbey.
Denna strålning är svag och svår att upptäcka för stora svarta hål, men mindre objekt som PBHs kan avge betydligt starkare strålning. “För svarta hål med massor större än ett par gånger solens massa är Hawkingstrålningen nästan omöjlig att upptäcka. Men för lättare svarta hål, som PBHs, kan strålningen vara så intensiv att vi har möjlighet att upptäcka den,” förklarar Calzà till space.com.
De sista ögonblicken för ett svart hål
I takt med att PBHs förlorar massa genom Hawkingstrålning ökar deras temperatur och strålning, vilket kan leda till en explosiv final där det svarta hålet förintas i en kraftfull utblåsning av strålning. Sådana explosioner kan, enligt Calzà och hans kollega João G. Rosa vid samma universitet, observeras med framtidens gamma- och neutrinoteleskop som är under utveckling. “Om vi lyckas fånga en exploderande PBH och mäta dess Hawkingstrålning kan vi lära oss enormt mycket om nya partiklar och potentiellt skapa nya ramar för framtida partikelfysikexperiment,” säger Rosa till space.com.
Forskarna hoppas att deras metoder och de nya teleskopens känslighet ska kunna ge tydliga tecken på PBHs existens, samt bevisa förekomsten av hypotetiska partiklar som axioner, vilka kan spela en viktig roll inom strängteorin – en teori som strävar efter att förena de fundamentala krafterna inom kvantmekaniken.
Möjligheten att avslöja ny fysik
För Calzà och Rosa är den möjliga upptäckten av en exploderande PBH en betydelsefull chans att förstå mer om de grundläggande fysiklagarna och utforska universum på ett sätt som tidigare varit omöjligt. “Om vi har turen att fånga en exploderande PBH kan det förändra hela vår förståelse av naturens fundamentala lagar,” säger Rosa till space.com.
