Radiasi lubang hitam kontroversial yang pertama kali dijelaskan oleh Stephen Hawking mungkin telah mengubah bentuk alam semesta, petunjuk studi
Fenomena teoritis yang diusulkan oleh fisikawan terkenal Stephen Hawking mungkin telah mengubah bentuk alam semesta, penelitian baru mengusulkan.
Pada tahun 1970 -an, Hawking memperkenalkan konsep inovatif: Lubang hitam – secara tradisional dipandang sebagai entitas kosmik itu menelan semuanya di sekitarnya – Mungkin memancarkan radiasi yang mirip dengan cara objek yang dipanaskan. Fenomena ini, sekarang dikenal sebagai Radiasi Hawkingtetap teoretis karena daya emisi minimal yang dihitung untuk lubang hitam bintang dan supermasif.
Namun, sebuah studi terbaru yang diterbitkan di Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikel mengusulkan bahwa radiasi yang sulit dipahami ini dapat secara signifikan mempengaruhi struktur awal alam semesta. Para peneliti menyarankan bahwa lubang hitam primordial, dihipotesiskan telah ada tak lama setelah Big Bangmungkin telah memancarkan radiasi menjajakan intens, meninggalkan jejak yang terdeteksi pada kosmos yang kita amati hari ini.
“Kemungkinan yang menarik adalah bahwa alam semesta awal menjalani fase di mana kepadatan energinya didominasi oleh lubang hitam primordial, yang kemudian menguap melalui radiasi menjajakan,” tulis para ilmuwan dalam penelitian mereka. “Ini adalah konsekuensi umum dari lubang hitam primordial ultra-ringan […]karena bahkan kelimpahan awal yang kecil dari benda -benda semacam itu akan dengan cepat mendominasi alam semesta saat meluas. “
Menguraikan Radiasi Hawking
Pekerjaan seminal Hawking sebagian menggabungkan kerangka matematika umum Relativitas Dan mekanika kuantum – Dua teori dasar fisika yang belum sepenuhnya disatukan – untuk mengeksplorasi fisika lubang hitam. Dia menemukan bahwa lubang hitam, yang pernah dianggap perangkap yang tak terhindarkan, sebenarnya bisa memancarkan partikel, termasuk foton (cahaya).
Yang penting, laju emisi menurun ketika massa lubang hitam meningkat, yang berarti bahwa lubang hitam yang terbentuk dari bintang yang runtuh, serta yang supermasif yang jangkar galaksi, akan memancar begitu lemah sehingga radiasi hawking mereka tidak mungkin dideteksi dengan instrumen saat ini.
Namun, secara luas diyakini bahwa di alam semesta awal, lubang hitam yang jauh lebih kecil – masing -masing dengan massa kurang dari 100 ton – bisa terbentuk. Ini disebut lubang hitam primordial akan memancarkan partikel pada tingkat yang cukup signifikan untuk mempengaruhi struktur kosmik seperti galaksi dan kelompok.
“Berbagai skenario kosmologis memprediksi pembentukan lubang hitam di alam semesta awal,” tulis para penulis. “Misalnya, lubang hitam primordial mungkin terbentuk dari keruntuhan gravitasi daerah overdense.”
Khususnya, radiasi elang dari lubang hitam primordial ini akan mencakup semua jenis partikel, termasuk partikel -partikel hipotetis yang berinteraksi lemah dengan partikel yang diketahui yang dijelaskan oleh model standar. Ini menyiratkan bahwa radiasi semacam itu dapat menawarkan jalan yang unik untuk mempelajari partikel -partikel yang sulit dipahami ini, yang mungkin tidak mungkin diproduksi dalam akselerator partikel.
Menyelidiki dampak lubang hitam primordial
Menggunakan persamaan relativitas umum Einstein, tim peneliti menganalisis berbagai partikel dengan massa dan putaran yang berbeda untuk menentukan dampaknya pada distribusi materi alam semesta. Misalnya, jika sejumlah besar partikel cahaya yang bergerak cepat hadir, mereka dapat menghambat pembentukan galaksi kecil, karena partikel-partikel tersebut akan mengalami kesulitan mengumpulkan dalam jumlah yang cukup untuk membentuk struktur yang padat. Tim juga menyelidiki kemungkinan efek lain yang mungkin dimiliki partikel -partikel ini.
“Jika salah satu dari partikel -partikel ini stabil dan bertahan hingga saat ini, kami menyebutnya peninggalan menjajakan,” para peneliti menjelaskan dalam makalah mereka. “Peninggalan Hawking Massless akan berkontribusi pada anggaran radiasi kosmik […] dan dapat dideteksi dalam pengukuran latar belakang microwave kosmik. “
Para ilmuwan dengan cermat memeriksa bagaimana peninggalan Hawking dapat mempengaruhi struktur kosmik saat ini. Meskipun mereka tidak menemukan bukti langsung dari peninggalan ini, analisis mereka memungkinkan mereka untuk membatasi sifat -sifat partikel dan lubang hitam primordial yang dapat memancarkannya.
“Jika ada sejumlah lubang hitam penguapan yang berarti selama periode ketika inti pertama terbentuk, jumlah inti atom yang diprediksi di alam semesta akan salah,” tulis para fisikawan. “Dengan demikian, kami mensyaratkan bahwa lubang hitam primordial menguap sebelum periode ini, yang memberi kami batas atas pada massa lima ratus ton.”
Tim juga mengeksplorasi hipotesis bahwa peninggalan Hawking dapat membentuk materi gelap, yang menyumbang sekitar 85% dari semua materi di alam semesta. Temuan mereka menunjukkan bahwa peninggalan hawking tidak cocok materi gelap.
“Kami membatasi kelimpahan peninggalan elang hangat menjadi kurang dari ∼ 2% dari materi gelap, bahkan jika lubang hitam primordial menghasilkan beberapa jenis partikel relik yang berbeda,” kata para ilmuwan.
Prospek masa depan
Meskipun pengamatan saat ini belum mengkonfirmasi keberadaan relik Hawking, para peneliti tetap optimis. Mereka percaya bahwa instrumen yang akan datang dengan presisi yang ditingkatkan dapat mendeteksi peninggalan ini, sehingga memvalidasi keberadaan radiasi hawking dan lubang hitam primordial dan memungkinkan studi eksperimental dari sifat -sifat mereka.
“Penemuan peninggalan Hawking akan membuka jendela ke keadaan termal [early] semesta […]”Tim menulis.” Ini tidak hanya penting untuk kosmologi awal universe, tetapi juga akan membuka perbatasan baru fisika partikel di luar model standar dan memberikan bukti pengamatan pertama untuk radiasi menjajakan, penguapan lubang hitam, dan lubang hitam primordial. “
Singkatnya, sementara radiasi hawking tetap menjadi konstruksi teoretis, peran potensial dalam membentuk struktur awal alam semesta menawarkan jalan yang menarik untuk penelitian. Studi tentang lubang hitam primordial dan sisa -sisanya dapat memberikan wawasan mendalam tentang kosmologi dan fisika partikel, sehingga menjembatani kesenjangan dalam pemahaman kita tentang masa kanak -kanak alam semesta.
