Fysikere foreslår nye teorier om sorte huller fra det meget tidlige univers

UCLA -fysikere har foreslået nye teorier om, hvordan universets første sorte huller kan have dannet sig, og den rolle, de kan spille i produktionen af ​​tunge elementer som guld, platin og uran.

To artikler om deres arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Et mangeårigt spørgsmål inden for astrofysik er, om universets allerførste sorte huller opstod mindre end et sekund efter Big Bang, eller om de først dannede millioner af år senere under de tidligste stjerners død.

Alexander Kusenko, en UCLA professor i fysik, og Eric Cotner, en UCLA -kandidatstuderende, udviklet en overbevisende simpel ny teori, der antyder, at sorte huller kunne have dannet sig meget kort efter Big Bang, længe før stjerner begyndte at skinne. Astronomer har tidligere antydet, at disse såkaldte oprindelige sorte huller kunne tegne sig for hele eller nogle af universets mystiske mørke stof, og at de måske har frøet dannelsen af ​​supermassive sorte huller, der findes i galaksernes centre. Den nye teori foreslår, at ur -sorte huller kan hjælpe med at skabe mange af de tungere elementer, der findes i naturen.

Forskerne begyndte med at overveje, at et ensartet energifelt gennemsyrede universet kort efter Big Bang. Forskere forventer, at sådanne felter eksisterede i en fjern fortid. Efter at universet hurtigt ekspanderede, dette energifelt ville have adskilt sig i klumper. Tyngdekraften ville få disse klumper til at tiltrække hinanden og smelte sammen. UCLA -forskerne foreslog, at en lille brøkdel af disse voksende klumper blev tætte nok til at blive sorte huller.

Deres hypotese er temmelig generisk, Kusenko sagde, og den er ikke afhængig af, hvad han kaldte de "usandsynlige tilfældigheder", der ligger til grund for andre teorier, der forklarer ur -sorte huller.

Papiret antyder, at det er muligt at søge efter disse oprindelige sorte huller ved hjælp af astronomiske observationer. En metode indebærer måling af de meget små ændringer i en stjernes lysstyrke, der skyldes tyngdekraftseffekterne af et ur -sort hul, der passerer mellem Jorden og den stjerne. Tidligere i år, Amerikanske og japanske astronomer offentliggjorde et papir om deres opdagelse af en stjerne i en nærliggende galakse, der lysede og dæmpede præcist, som om et primært sort hul passerede foran det.

I en separat undersøgelse, Kusenko, Volodymyr Takhistov, en UCLA postdoktoral forsker, og George Fuller, professor ved UC San Diego, foreslået, at ur -sorte huller kan spille en vigtig rolle i dannelsen af ​​tunge elementer som guld, sølv, platin og uran, som kunne være i gang i vores galakse og andre.

Oprindelsen af ​​disse tunge elementer har længe været et mysterium for forskere.

"Forskere ved, at disse tunge elementer eksisterer, men de er ikke sikre på, hvor disse elementer dannes, "Sagde Kusenko." Det har været virkelig pinligt. "

UCLA-forskningen tyder på, at et oprindeligt sort hul lejlighedsvis kolliderer med en neutronstjerne-i bystørrelse, spinnende rest af en stjerne, der forbliver efter nogle supernovaeksplosioner - og synker ned i dens dybder.

Når det sker, Kusenko sagde, det oprindelige sorte hul forbruger neutronstjernen indefra, en proces, der tager omkring 10, 000 år. Da neutronstjernen skrumper, det snurrer endnu hurtigere, til sidst forårsager små fragmenter at løsne sig og flyve afsted. Disse fragmenter af neutronrigt materiale kan være de steder, hvor neutroner smelter sammen til tungere og tungere elementer, Sagde Kusenko.

Imidlertid, sandsynligheden for, at en neutronstjerne fanger et sort hul, er ret lav, sagde Kusenko, hvilket er i overensstemmelse med observationer af kun nogle galakser, der er beriget med tunge elementer. Teorien om, at urets sorte huller kolliderer med neutronstjerner for at skabe tunge grundstoffer, forklarer også den observerede mangel på neutronstjerner i midten af ​​Mælkevejen, et mangeårigt mysterium inden for astrofysik.

Denne vinter, Kusenko og hans kolleger vil samarbejde med forskere ved Princeton University om computersimuleringer af de tunge elementer, der produceres af en neutronstjerne-sort hul-interaktion. Ved at sammenligne resultaterne af disse simuleringer med observationer af tunge grundstoffer i nærliggende galakser, forskerne håber at afgøre, om urets sorte huller virkelig er ansvarlige for Jordens guld, platin og uran.