Om mikroskopiska svarta hål som föddes en bråkdel av en sekund efter Big Bang existerar, som vissa forskare misstänker, skulle åtminstone ett sådant svart hål kunna tränga igenom solsystemet varje årtionde och skapa små gravitationsförvrängningar som forskare kan upptäcka, en ny studie har funnit.
Följ vår kanal för de senaste nyheterna Google News online eller via appen.
Dessa fynd tyder på att om astronomer kan upptäcka och bekräfta förekomsten av sådana gravitationsstörningar, kan de kanske reda ut mysteriet med mörk materias natur, det osynliga materialet som många forskare misstänker utgör ungefär fem sjättedelar av all materia i kosmos.
Många forskare spekulerar i att mörk materia kan vara sammansatt av okända partiklar, men inget experiment hittills har upptäckt nya partiklar som kan vara mörk materia. Så, ett av alternativen som forskare undersöker för att förklara mörk materia är de så kallade "ursprungliga" svarta hålen - de som har funnits sedan urminnes tider.
Tidigare studier visar att cirka 86 % av materien i universum består av ett osynligt ämne som kallas mörk materia. Forskare sluter sig till existensen av mörk materia från dess gravitationsinflytande på vardaglig materia och ljus, men det är för närvarande oklart vad det kan bestå av.
Svarta hål har fått sitt namn från den enorma gravitationskraften, som är så kraftfull att inte ens ljus kan fly från dem. Om ett svart hål inte avslöjar sin existens - till exempel inte river isär en stjärna - kan det förbli obemärkt mot bakgrund av det svarta rymden.
Under decennierna har astronomer upptäckt många svarta hål, från svarta hål av stjärnor med massa, vanligtvis fem till tio gånger solens massa, till supermassiva svarta hål som är miljarder solmassor i storlek. Däremot tittar den nya studien på primordiala svarta hål, som tidigare studier har föreslagit kan ha massan av en typisk asteroid.
"De svarta hålen som vi betraktar i vårt arbete är minst 10 miljarder gånger lättare än solen och överstiger knappt storleken på en väteatom," - berättade Space.com medförfattare till studien Sarah Heller, en teoretisk fysiker vid University of California, Santa Cruz.
Svarta hål uppstår när ett föremål är så tätt att det kollapsar under påverkan av sin egen gravitation. Tidigare forskning tyder på att kort efter Big Bang, innan universum expanderade avsevärt, gjorde slumpmässiga fluktuationer i materiens densitet i det nyfödda kosmos att vissa klumpar blev tillräckligt täta för att bilda svarta hål.
Tidigare studier har föreslagit att de ursprungliga svarta hålen som överlever till denna dag kan ha utgjort det mesta eller hela den mörka materian. Med utgångspunkt i det arbetet undersöker den nya studien hur ofta ursprungliga svarta hål kan ha flugit genom solsystemet, och om de kan ha orsakat effekter som forskare kunde upptäcka i synliga föremål. "Om det finns många svarta hål, då flyger säkert några av dem genom vår bakgård då och då," sa Heller.
Först tänkte forskarna på vad som skulle hända om ett svart hål slog igenom jordskorpan, passerade genom vår atmosfär eller lämnade en krater på månen, sa Heller. "Vi frågade till och med oss själva vad som skulle hända om ett av dessa små svarta hål träffade en människa." Men "var och en av dessa idéer stötte på samma problem," förklarade Heller. "En person, månen eller till och med jorden är alla mycket små mål i den gränslösa rymden, och chansen att ett svart hål någonsin träffar dem direkt är liten till ingen."
Istället, "vi behövde ett system som var tillräckligt stort för att svarta hål skulle passera regelbundet, men tillräckligt exakt för att vi kunde se någon form av effekt," sa Heller. "Det var då vi började tänka på mycket exakt uppmätta banor för solsystemobjekt." I princip kan gravitationskraften från det ursprungliga svarta hålet "få omloppsbanorna för solsystemobjekt att svänga tillräckligt stort för att vi ska kunna mäta."
Forskare fokuserade på ursprungliga svarta hål som passerar nära de inre planeterna i solsystemet - Merkurius, Venus, Jorden och Mars. De fann att om ursprungliga svarta hål existerar, kan det finnas tillräckligt med dem för att åtminstone en flyger förbi de inre världarna en gång varje årtionde. De tillade att flera förbiflygningar redan kan ha ägt rum, eftersom tekniker som kan upptäcka sådana störningar har dykt upp.
Heller varnade för att "vi inte gör något av följande påståenden - att ursprungliga svarta hål definitivt existerar, att de utgör det mesta eller allt av mörk materia; eller att de definitivt finns här i vårt solsystem.” Istället säger de, om ursprungliga svarta hål existerar och utgör det mesta av den mörka materian, "då borde en människa resa genom det inre solsystemet vart 1 till 10:e år."
Forskarna noterade också att deras slutsatser är baserade på relativt enkla datorsimuleringar som inte har den precision som behövs för att analysera verkliga data om solsystemets inre banor.
"För att dra definitiva slutsatser måste vi arbeta med kollegor som är specialiserade på att modellera solsystemet med mycket mer sofistikerade beräkningsmetoder," berättade studiens medförfattare Benjamin Lehmann, en teoretisk fysiker vid Massachusetts Institute of Technology (MIT), till Space. com. Han tillade att de också måste bestämma exakt hur de ska ta reda på vad som kan vara en sann signal från det ursprungliga svarta hålet, och vad som bara kan falla inom det felintervall som förväntas från någon mätning.
Forskarna diskuterar nu möjligheten att samarbeta med Solar System Modeling Group vid Paris-observatoriet för att analysera befintliga omloppsdata. "De är bland de ledande experterna på de komplexa modelleringstekniker som kommer att krävas för att göra denna analys till verklighet," sa Lehmann. "När vi har utvecklat en komplett modell som kan användas för att söka i verklig data, kommer vi att behöva undersöka vilka uppföljningar som är mest lämpliga för alla signaler vi kan registrera."
Detta tillvägagångssätt att söka efter ursvarta hål genom deras gravitationseffekter "är inte helt tillräckligt för att skilja ett ursvart hål från något annat ovanligt föremål med liknande massa", varnar Heller. Om denna strategi upptäcker ett potentiellt ursprungligt svart hål, "kan vi göra uppföljande observationer för att utesluta andra möjligheter. Astronomer är faktiskt förvånansvärt bra på att hitta ännu mycket lättare föremål i vårt solsystem, som små asteroider, medan en direkt observation av ett litet svart hål med ett teleskop sannolikt inte visar någonting alls."
Om du är intresserad av artiklar och nyheter om flyg- och rymdteknik, bjuder vi in dig till vårt nya projekt AERONAUT.media.
Läs också: