Wetenschappers staan mogelijk op het punt een van de meest spectaculaire kosmische gebeurtenissen ooit waar te nemen: de explosieve dood van een primordiale zwarte gat. Nieuw onderzoek suggereert dat er een kans van meer dan 90 procent is dat zo'n explosie binnen tien jaar wordt gedetecteerd, wat ons begrip van het heelal fundamenteel zou kunnen veranderen.
Primordiale zwarte gaten uit de oerknal
Primordiale zwarte gaten (PBH's) zijn hypothetische objecten die in de allereerste seconden na de oerknal zouden zijn ontstaan, zo blijkt uit sciencedaily.com. In tegenstelling tot de stellaire zwarte gaten die we vandaag de dag kunnen waarnemen, vormden deze objecten zich direct uit extreem dichte gebieden in het jonge heelal, variërend in grootte van microscopisch klein tot supermassief.
Volgens universetoday.com was het vroege heelal geen verzameling sterren en sterrenstelsels, maar een kokende soep van quarks en gluonen, met daarin verspreid microscopische zwarte gaten die af en toe explodeerden als dieptebommen.
Hawking-straling en verdampende zwarte gaten
Hoewel zwarte gaten bekend staan om het absorberen van licht en materie, lekken ze volgens de theorie van Stephen Hawking wel degelijk energie naar de ruimte eromheen. Deze zogenaamde Hawking-straling heeft echter een opmerkelijke eigenschap: hoe kleiner het zwarte gat, hoe heter het wordt en hoe sneller het verdampt.
universetoday.com zouden inmiddels volledig zijn verdampt. En ze verdwijnen niet stilletjes: ze gaan uit met een enorme knal.
Schokgolven in het kosmische plasma
De huidige kosmologische theorie ging ervan uit dat stervende primordiale zwarte gaten hun energie simpelweg diffuus in het heelal verspreiden, waarbij een consistente "hete plek" in de quark-gluon-soep ontstaat. Maar volgens het nieuwe onderzoek was de werkelijkheid veel gewelddadiger en dramatischer.
De onderzoekers bestudeerden de hydrodynamica van het plasma rond een stervend primordiale zwarte gat en ontdekten dat de vrijgekomen energie zo immens en geconcentreerd was dat extreme drukgradiënten ontstonden. Deze massale drukverschillen in het plasma veroorzaakten schokgolven. In feite creëerde een stervend primordiale zwarte gat een relativistische vuurbal die zich razendsnel naar buiten uitbreidde in de kosmische soep.
Bewijs in neutrino's en alledaagse objecten
mit.edu dat de recente detectie van een recordbrekend energierijk neutrino mogelijk het eerste bewijs zou kunnen zijn van Hawking-straling. Als deze theorie klopt, zou dit ultrahoge-energie deeltje afkomstig kunnen zijn van de laatste uitbarsting van een primordiale zwarte gat.
Maar er zijn meer manieren om deze ongrijpbare objecten te detecteren. buffalo.edu stelt voor om zowel groot als klein te denken: hun sporen zouden kunnen variëren van holle planetoïden in de ruimte tot microscopische tunnels in alledaagse materialen op aarde, zoals rotsen, metaal en glas.
Implicaties voor donkere materie en deeltjesfysica
De ontdekking van exploderende primordiale zwarte gaten zou verstrekkende gevolgen hebben. Deze objecten worden al decennialang beschouwd als mogelijke kandidaten voor donkere materie, de onzichtbare materie die 85 procent van de totale massa van het heelal uitmaakt.
Bovendien zou een waargenomen explosie ons een definitieve catalogus kunnen geven van alle subatomaire deeltjes die bestaan, inclusief degene die we al hebben waargenomen zoals elektronen en quarks, maar mogelijk ook nieuwe, onbekende deeltjes. Dit zou ons begrip van de deeltjesfysica en de oorsprong van het heelal fundamenteel kunnen herschrijven.
Detectie binnen handbereik
Het goede nieuws is dat onze huidige vloot van ruimte- en aardgebonden telescopen in staat zou moeten zijn om zo'n explosie waar te nemen, mits we voorbereid zijn. sciencedaily.com dat we binnen tien jaar getuige zijn van zo'n kosmisch vuurwerk op meer dan 90 procent.
Waar wetenschappers eerder dachten dat zwarte-gat-explosies hooguit eens per 100.000 jaar voorkomen, suggereren de nieuwe berekeningen dat ze veel frequenter zijn dan gedacht. De komende jaren zouden wel eens cruciaal kunnen zijn voor ons begrip van het heelal en de fundamentele natuurkunde.