Primordiala svarta hål har varit en av astronomins favorithypotetiska objekt i decennier – den himmelska motsvarigheten till ett "kanske senare" som aldrig riktigt infriats. Nu tror forskare vid University of Miami att en nyligen upptäckt gravitationsvågssignal äntligen kan föra dessa uråldriga objekt från teori till kategorin "jaha, så det var där mörk materia har gömt sig".
Primordiala svarta hål, för den som inte är uppdaterad om det tidiga universums historia, tros ha bildats under den första bråkdelen av en sekund efter Big Bang, långt innan de första stjärnorna eller galaxerna fick ordning på sig själva. Till skillnad från svarta hål som skapas av kollapsande stjärnor kan dessa hypotetiska objekt variera i storlek från något så litet som en asteroid till mycket större kroppar – i princip universums vindskontor.
Även om inget primordialt svart hål någonsin har bekräftats tror forskare att de kan svara på flera stora frågor om universum. En av de största är naturen hos mörk materia, den osynliga substansen som utgör cirka 85 procent av all materia och ger den gravitationella dragkraften som hjälper till att hålla galaxer samman. Så, ni vet, ganska viktigt.
"Vi tror att vår studie kommer att hjälpa till att bekräfta att de faktiskt existerar," sade Nico Cappelluti, docent vid University of Miamis institution för fysik, med hänvisning till forskning han genomförde med doktoranden Alberto Magaraggia.
Deras arbete bygger på en möjlig upptäckt som rapporterats av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som i slutet av förra året upptäckte en ovanlig gravitationsvågssignal. Gravitationsvågor är krusningar i rumtiden som produceras av några av universums mest våldsamma händelser, inklusive kollisioner mellan svarta hål – i princip den kosmiska motsvarigheten till att släppa en sten i en damm, om stenen vore ett svart hål och dammen vore verklighetens väv.
De flesta kända svarta hål bildas efter att massiva stjärnor exploderar som supernovor. Deras massor sträcker sig vanligtvis från flera gånger solens massa till miljarder solmassor. Men i november utfärdade LIGO en automatisk varning för en sammanslagning där åtminstone ett objekt verkade ha mindre än en solmassa. Ett sådant litet svart hål skulle vara svårt att förklara genom konventionell stjärnutveckling och skulle istället kunna peka på ett primordialt svart hål – den astronomiska motsvarigheten till att hitta ett dinosaurieben i din trädgård.
Alla är inte övertygade. Vissa astrofysiker har föreslagit att signalen helt enkelt kan vara brus i LIGO:s extremt känsliga detektorer snarare än bevis på en anmärkningsvärd ny upptäckt. För ibland är en blipp bara en blipp.
Cappelluti och Magaraggia hävdar att det detekterade objektet bäst förklaras som ett primordialt svart hål som bildades i det täta tillståndet i det tidiga universum, långt innan stjärnor existerade. För att testa den idén uppskattade forskarna hur många primordiala svarta hål som kan finnas i kosmos och hur ofta LIGO borde upptäcka dem. "Våra resultat är uppmuntrande," sade Magaraggia. "Vi förutspår att svarta hål med sub-solär massa, som det LIGO kan ha observerat, verkligen borde vara sällsynta, vilket är förenligt med hur sällan sådana händelser har setts hittills."
Deras resultat, publicerade i The Astrophysical Journal, tyder på att den mystiska LIGO-signalen inte har någon konventionell astrofysisk förklaring och är mest förenlig med ett primordialt svart hål. Studien "tyder på att den mest troliga förklaringen till LIGO-signalen, som saknar någon konventionell astrofysisk förklaring, är detektionen av ett primordialt svart hål," sade Cappelluti. "Och vår forskning indikerar att dessa primordiala svarta hål skulle kunna stå för en betydande del, om inte all, av mörk materia."
Ändå betonar båda forskarna att en detektion inte är tillräckligt för att avgöra frågan. För närvarande måste forskarna vänta på att se om LIGO och dess internationella partners registrerar ytterligare händelser som matchar samma mönster. "LIGO fångade upp vad som är mycket starka bevis