Pierwotne czarne dziury od dziesięcioleci są jednym z ulubionych hipotetycznych obiektów astronomii – niebiański odpowiednik „może później”, które nigdy nie nadeszło. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Miami uważają, że niedawne wykrycie fal grawitacyjnych może wreszcie przenieść te starożytne obiekty ze sfery teorii do kategorii „o, więc tam ukrywała się ciemna materia”.

Pierwotne czarne dziury, dla tych, którzy nie są na bieżąco z wczesnymi dziejami wszechświata, miały powstać w pierwszym ułamku sekundy po Wielkim Wybuchu, na długo zanim pierwsze gwiazdy czy galaktyki zebrały się w kupę. W przeciwieństwie do czarnych dziur powstałych z zapadających się gwiazd, te hipotetyczne obiekty mogą mieć rozmiary od małej asteroidy do znacznie większych ciał – po prostu kosmiczny rupieć na strychu.

Chociaż żadna pierwotna czarna dziura nie została potwierdzona, naukowcy uważają, że mogą one odpowiedzieć na kilka ważnych pytań dotyczących wszechświata. Jednym z największych jest natura ciemnej materii, niewidzialnej substancji stanowiącej około 85% całej materii i zapewniającej przyciąganie grawitacyjne, które pomaga utrzymać galaktyki razem. Więc, wiecie, dość ważne.

„Wierzymy, że nasze badanie pomoże potwierdzić, że one naprawdę istnieją” – powiedział Nico Cappelluti, profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Miami, odnosząc się do badań przeprowadzonych z doktorantem Alberto Magaraggią.

Ich praca opiera się na możliwym odkryciu zgłoszonym przez Obserwatorium Fal Grawitacyjnych LIGO, które pod koniec ubiegłego roku wykryło nietypowy sygnał fali grawitacyjnej. Fale grawitacyjne to zmarszczki w czasoprzestrzeni wywołane przez najbardziej gwałtowne wydarzenia we wszechświecie, w tym zderzenia czarnych dziur – kosmiczny odpowiednik wrzucenia kamienia do stawu, gdyby kamień był czarną dziurą, a staw – tkanką rzeczywistości.

Większość znanych czarnych dziur powstaje po wybuchu masywnych gwiazd jako supernowe. Ich masy zazwyczaj wahają się od kilku mas Słońca do miliardów mas słonecznych. Ale w listopadzie LIGO wydało automatyczne ostrzeżenie o połączeniu, w którym co najmniej jeden obiekt wydawał się mieć mniej niż jedną masę Słońca. Tak mała czarna dziura byłaby trudna do wyjaśnienia konwencjonalną ewolucją gwiazd i zamiast tego mogłaby wskazywać na pierwotną czarną dziurę – astronomiczny odpowiednik znalezienia kości dinozaura w przydomowym ogródku.

Nie wszyscy są przekonani. Niektórzy astrofizycy sugerują, że sygnał może być po prostu szumem w niezwykle czułych detektorach LIGO, a nie dowodem niezwykłego odkrycia. Bo czasami pik to tylko pik.

Cappelluti i Magaraggia argumentują, że wykryty obiekt najlepiej wyjaśnić jako pierwotną czarną dziurę, która powstała w gęstych warunkach wczesnego wszechświata, na długo przed istnieniem gwiazd. Aby przetestować ten pomysł, naukowcy oszacowali, ile pierwotnych czarnych dziur może istnieć w kosmosie i jak często LIGO powinno je wykrywać. „Nasze wyniki są zachęcające” – powiedział Magaraggia. „Przewidujemy, że czarne dziury o masie poniżej masy Słońca, takie jak ta, którą LIGO mogło zaobserwować, powinny być rzeczywiście rzadkie, co jest zgodne z tym, jak rzadko takie zdarzenia były dotychczas obserwowane”.

Ich odkrycia, opublikowane w The Astrophysical Journal, sugerują, że tajemniczy sygnał LIGO nie ma konwencjonalnego astrofizycznego wyjaśnienia i jest najbardziej zgodny z pierwotną czarną dziurą. Badanie „sugeruje, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem sygnału LIGO, który nie ma konwencjonalnego astrofizycznego wyjaśnienia, jest wykrycie pierwotnej czarnej dziury” – powiedział Cappelluti. „A nasze badania wskazują, że te pierwotne czarne dziury mogą stanowić znaczną część, jeśli nie całość, ciemnej materii”.

Mimo to obaj naukowcy podkreślają, że jedno wykrycie nie wystarczy, aby rozstrzygnąć sprawę. Na razie naukowcy muszą czekać, czy LIGO i jego międzynarodowi partnerzy zarejestrują dodatkowe zdarzenia pasujące do tego samego wzorca. „LIGO wychwyciło bardzo silne dowody”