Існування темної матерії можуть підтвердити крихітні чорні діри, що проносяться повз Марс

Через багато десятиліть фізики все ще йдуть по гарячих слідах підозрюваного в детективній історії, яка може змінити наше розуміння Всесвіту: темної матерії у вигляді первісних чорних дір.

Це не масивні монстри, що утворилися із зірок при їхній смерті, а крихітні чорні діри, створені в перші миті після Великого вибуху, які розлітаються по Всесвіту, відвідуючи нашу Сонячну систему приблизно кожні десять років, розповідають OstanniPodii.com.

І якщо нова теорія фізиків з Массачусетського технологічного інституту (MIT) правильна, ці стародавні космічні мандрівники можуть бути відсутньою ланкою в загадці темної матерії.

Девід Кайзер, професор фізики та історії наук в MIT, разом зі своєю командою вважає, що незабаром ми можемо знайти докази існування цих невловних об'єктів прямо тут, у нашій Сонячній системі.

Їхнє дослідження, опубліковане в Physical Review D, припускає, що якщо ці первісні чорні діри дійсно існують, то вони повинні пролітати крізь нашу Сонячну систему принаймні раз на десятиліття, потенційно спричиняючи невелике "коливання" орбіти Марса, яке сучасні технології могли б виявити.

Щоб зрозуміти, чому ця теорія є настільки переконливою, нам потрібно переглянути те, що ми знаємо -- або, точніше, чого ми не знаємо -- про темну матерію.

Більша частина фізичного всесвіту, близько 80 відсотків, не складається з видимих об'єктів, які ми можемо побачити й помацати, таких як зорі, планети або ваш кухонний посуд. Решта -- це загадкова субстанція, відома як темна матерія.

Ця невидима матерія не взаємодіє зі світлом чи іншим електромагнітним випромінюванням, тому її дуже важко виявити. Але її гравітаційні ефекти досить значні, щоб впливати на рух зірок і галактик.

Десятиліттями вчені встановлювали детектори на Землі, щоб спробувати вловити частинки темної матерії, припускаючи, що вона може складатися з екзотичних частинок, які розпадаються на форми, які можна виявити. Але після незліченних експериментів ці пошуки все ще марні.

Отже, якщо темна матерія не складається із загадкових частинок, то з чого тоді? Можливо, з первісних чорних дір -- теорія, вперше запропонована у 1970-х роках, але в основному відкинута до недавніх років.

На відміну від чорних дір, що утворилися внаслідок колапсу зірок, первісні чорні діри мали б виникнути з неймовірно щільних областей всесвіту в перші секунди після Великого вибуху. Вони могли бути розміром з атом, але з масою астероїда.

Кайзер і його команда почали думати про те, що станеться, якщо одна з цих мікроскопічних чорних дір пройде через Сонячну систему. Спочатку ця ідея здавалася жартом.

Як згадує Тунг Тран, аспірант Стенфордського університету та провідний автор дослідження: "Хтось запитав мене, що станеться, якщо первісна чорна діра пройде крізь людське тіло".

Тран порахував і з'ясував, що при проходженні в межах метра вона відштовхне людину на кілька метрів за секунду. Не дуже втішно, але й дуже малоймовірно.

Але що, якби первісна чорна діра пролетіла повз щось набагато більше, наприклад, планету? Команда прорахувала розрахунки для Землі та Місяця, але виявила, що результати були надто нечіткими -- занадто багато інших чинників, які могли б створити подібні рухи.

Марс, однак, це інша історія. "Враховуючи, що вчені відстежують Марс з неймовірною точністю, приблизно до 10 сантиметрів, ми зрозуміли, що будь-які коливання, спричинені чорною дірою, буде набагато легше виявити", - пояснив Кайзер.

За їхніми підрахунками, якби чорна діра наблизилася до Марса на відстань кількох сотень мільйонів кілометрів, орбіта планети змістилася б приблизно на метр за кілька років -- крихітний рух, але його можна виміряти за допомогою нинішніх технологій.

Чому з усіх планет саме Марс має найбільші шанси на виявлення?

Сара Геллер, постдокторська дослідниця Каліфорнійського університету в Санта-Крузі (UCSC) і одна зі співавторів дослідження, пояснює: "Первісні чорні діри не живуть у Сонячній системі. Вони пролітають крізь всесвіт, роблячи свою справу. І ймовірність того, що вони проходять через внутрішню Сонячну систему раз на 10 років або близько того".

Команда змоделювала різні сценарії, в яких чорні діри масою з астероїд пролітають крізь Сонячну систему зі швидкістю близько 240 кілометрів на секунду. Марс показав послідовну реакцію -- потенційне "коливання" своєї орбіти.

"На відміну від Землі чи Місяця, на Марс не впливають інші гравітаційні сили", - каже Геллер. "Це як чистий аркуш, на якому ми можемо чіткіше побачити крихітний ефект чорної діри, що пролітає повз нас".

Виявлення коливань на орбіті Марса було б важливим натяком, але це не підтвердило б одразу наявність первісної чорної діри.

"Попереду ще багато роботи, щоб відрізнити поштовх від чорної діри, що пролітає повз, від поштовху астероїда або якогось іншого космічного об'єкта", - зазначає Кайзер.

На щастя, вчені відстежували ці космічні камені протягом десятиліть, тому вони мають досить гарне уявлення про те, як виглядає нормальна орбіта. Порівняння цих відомих шляхів з незвичайними траєкторіями, якими може рухатись чорна діра, може допомогти звузити коло пошуку.

Дослідники розглядають можливість нової співпраці для моделювання більшої кількості об'єктів, від планет до супутників і гірських порід, протягом тривалих періодів часу.

"Ми хочемо ввести сценарії близьких зустрічей і вивчити їхні наслідки з більшою точністю", - каже Геллер. Чим більше вони зможуть вдосконалити свої симуляції, тим краще вони зможуть відрізняти звичайні об'єкти від надзвичайних.

Якщо, врешті, ці коливання вдасться виявити та підтвердити, це стане вагомим доказом того, що первісні чорні діри складають значну частину темної матерії. Це не тільки вирішило б одну з найбільших загадок у фізиці, але й відкрило б нові шляхи дослідження ранніх моментів існування самого Всесвіту.