Imediat după Big Bang s-ar fi putut forma găuri negre ultra-ușoare, pe bază de quarcuri și gluoni, înainte ca aceștia să formeze nuclee atomice, ceea ce ar explica parte din materia întunecată.


Credit: K. Bradonjić/Hampshire College

Găuri negre ultra-ușoare ar fi putut lua naștere imediat după Big Bang, în plasma de quarcuri și gluoni. Aceste găuri negre ar fi putut avea o așa-numită sarcină-culoare. Dacă într-adevăr au existat, ar fi putut influența modul în care s-au format primele nuclee din univers.

Materia întunecată

În univers pare să existe mai multă materie decât cea pe care o vedem și pe care o cunoaștem, cea descrisă de teoria modelului standard al fizicii particulelor elementare

Chiar dacă nu o vedem cu telescoapele noastre, am dedus existența acestei forme de materie misterioase prin atracția gravitațională pe care o exercită asupra materiei vizibile, precum stelele și galaxiile.

Nu știm încă din ce este formată materia întunecată; poate noi particule pe care încă nu le-am descoperit sau obiecte și mai exotice.

Particule care ar putea reprezenta materia întunecată sunt căutate intens în experimente la acceleratoarele de particule, dar și în laboratoarele subterane; până în prezent însă nu au fost descoperite astfel de noi particule.

O ipoteză este aceea că materia întunecată ar putea însă să fie formată din altceva, din găuri negre microscopice.

Găuri negre microscopice primordiale

Găurile negre reprezintă un mare mister al fizicii, întrucât teoria care le descrie, relativitatea generală a lui Einstein, nu reușește să ne spună din ce sunt alcătuite; găurile negre implică o singularitate (un infinit) în centrul acestora.

Totuși, găurile negre există; le observăm atât prin radiația emisă de obiectele care sunt atrase și cad în găurile negre, cât și prin undele gravitaționale emise de găuri negre care intră în coliziune.

Acest gen de găuri negre pe care le observăm cu instrumentele noastre au luat naștere în urma morții stelelor cu masă mult mai mare decât cea a Soarelui (nu este încă clar mecanismul care a dat naștere găurilor negre enorme din centrul galaxiilor).

Ar putea însă exista și așa-numite găuri negre microscopice primordiale; care ar fi luat naștere imediat după Big Bang, în urma colapsului gravitațional a unor mase mai mari sau mai mici, datorită gravitației extreme.

Într-un studiu recent se studiază un caz particular: cel al găurilor negre microscopice cu „sarcină-culoare”.

Găuri negre cu sarcină-culoare

Într-un articol publicat recent în revista Phys. Review Letters se studiază cazul găurilor negre primordiale cu sarcină-culoare. Acestea ar fi luat naștere în primele clipe după Big Bang, când materia exista sub forma așa-numitei plasme de quarcuri și gluoni.

Quarcurile și gluonii sunt particule care interacționează prin așa-numita interacție nucleară tare; formează de exemplu protonii și neutronii nucleelor atomice.

În univers nu găsim quarcuri libere – sunt toate „prizoniere” în particule alcătuite ori din trei quarcuri, ori dintr-un quarc și un antiquarc. 

Imediat după Big Bang însă, când temperatura universului era extremă și energia particulelor la rândul ei era incredibil de mare, quarcurile și gluonii erau liberi.

În acest context, studiul de care vă relatez, și care se bazează pe teoria cromodinamicii cuantice, cea care studiază interacțiunea nucleară tare, arată că în urma fluctuațiilor de densitate din plasmă s-ar fi putut forma, absorbind quarcuri și gluoni liberi, prin colaps gravitațional, găuri negre cu sarcină-culoare (cea care descrie quarcurile și gluonii – un fel de echivalent al „sarcinii electrice” din interacțiunea electromagnetică a acestor particule), cu masă cam cât a unui rinocer, însă dimensiuni mai mici decât ale unui proton!

Din articolul original:
„Primordial black holes (PBHs) could make up a significant fraction of the dark matter if they formed well before the QCD confinement transition. Such PBHs would form by absorbing unconfined quarks and gluons and hence could acquire a net color charge.”

QCD confinement transition - se referă la fenomenul prin care quarcurile și gluonii, particulele fundamentale care alcătuiesc protonii, neutronii și alți hadroni, devin izolați în interiorul acestor particule și nu pot fi separați.. 

Cum să verificăm?

Cum am putea verifica această teorie? La ora actuală este încă greu de imaginat. Dacă astfel de găuri negre cu sarcină de culoare ar fi existat în primele clipe ale universului, acestea s-ar fi evaporat între timp; evaporarea lor însă ar fi putut avea loc după ce s-au format primele nuclee (adică protonii – nucleele atomilor de hidrogen).

Distribuția hidrogenului și poate și a altor nuclee formate imediat după Big Bang ar putea să fi fost influențată de evaporarea găurilor negre cu sarcină-culoare; dacă așa stau lucrurile, noi studii ar putea să găsească dovezi (sau nu) ale acestor fascinante găuri negre propuse de teoreticieni.

 →  Citiți și: Istoria completă a găurilor negre

Credit imagine: Kaća Bradonjić
Detalii: Primordial Black Holes with QCD Color Charge

Write comments...
symbols left.
Ești vizitator ( Sign Up ? )
ori postează ca „vizitator”
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.