Primordiale zwarte gaten en de zoektocht naar donkere materie uit het multiversum

Voor reportages die betrekking hebben op wetenschappelijke zaken.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Primordiale zwarte gaten en de zoektocht naar donkere materie uit het multiversum

Bericht door univers » 30 dec 2020, 11:08

Het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) herbergt vele interdisciplinaire projecten die profiteren van de synergie van een breed scala aan expertise die beschikbaar is bij het instituut. Een van die projecten is de studie van zwarte gaten die zich in het vroege heelal hadden kunnen vormen, voordat sterren en sterrenstelsels werden geboren.

Afbeelding
Babyuniversums die zich kort na de oerknal van ons universum aftakken, lijken ons zwarte gaten. (Krediet: Kavli IPMU)

Zulke primordiale zwarte gaten (PBH's) zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor alle of een deel van de donkere materie, verantwoordelijk kunnen zijn voor enkele van de waargenomen signalen van zwaartekrachtgolven, en superzware zwarte gaten kunnen voortbrengen die in het centrum van onze Melkweg en andere melkwegstelsels worden gevonden. Ze kunnen ook een rol spelen bij de synthese van zware elementen wanneer ze in botsing komen met neutronensterren en deze vernietigen, waarbij neutronenrijk materiaal vrijkomt. In het bijzonder is er een opwindende mogelijkheid dat de mysterieuze donkere materie, die verantwoordelijk is voor het grootste deel van de materie in het universum, bestaat uit oer-zwarte gaten. De Nobelprijs voor natuurkunde in 2020 werd toegekend aan een theoreticus, Roger Penrose, en twee astronomen, Reinhard Genzel en Andrea Ghez, voor hun ontdekkingen die het bestaan ​​van zwarte gaten bevestigden. Omdat bekend is dat zwarte gaten in de natuur voorkomen, vormen ze een zeer aantrekkelijke kandidaat voor donkere materie.

De recente vooruitgang in fundamentele theorie, astrofysica en astronomische waarnemingen bij het zoeken naar PBH's is gemaakt door een internationaal team van deeltjesfysici, kosmologen en astronomen, waaronder Kavli IPMU-leden Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada en Volodymyr Takhistov.

Afbeelding
Hyper Suprime-Cam (HSC) is een gigantische digitale camera op de Subaru-telescoop (Credit: HSC-project / NAOJ)

Om meer te weten te komen over oer-zwarte gaten, zocht het onderzoeksteam naar aanwijzingen in het vroege universum. Het vroege universum was zo dicht dat elke positieve schommeling in de dichtheid van meer dan 50 procent een zwart gat zou creëren. Het is echter bekend dat kosmologische verstoringen die gezaaide sterrenstelsels hebben veel kleiner zijn. Desalniettemin hadden een aantal processen in het vroege universum de juiste omstandigheden kunnen creëren voor de vorming van zwarte gaten.

Een opwindende mogelijkheid is dat er primordiale zwarte gaten kunnen ontstaan ​​uit de "babyuniversums" die tijdens inflatie zijn ontstaan, een periode van snelle expansie waarvan wordt aangenomen dat deze verantwoordelijk is voor het zaaien van de structuren die we tegenwoordig waarnemen, zoals sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. Tijdens het opblazen kunnen baby-universums zich aftakken van ons universum. Een klein baby- (of 'dochter'-) universum zou uiteindelijk instorten, maar de grote hoeveelheid energie die vrijkomt in het kleine volume zorgt ervoor dat er een zwart gat ontstaat.

Afbeelding
De Subaru-telescoop op Hawaï. (Credit: NAOJ)

Een nog vreemder lot wacht een groter babyuniversum. Als het groter is dan een of andere kritische afmeting, staat Einsteins zwaartekrachttheorie toe dat het babyuniversum bestaat in een toestand die er van binnen en van buiten anders uitziet dan een waarnemer. Een interne waarnemer ziet het als een uitdijend universum, terwijl een externe waarnemer (zoals wij) het ziet als een zwart gat. In beide gevallen worden de grote en de kleine babyuniversa door ons gezien als oer-zwarte gaten, die de onderliggende structuur van meerdere universums verbergen achter hun ‘gebeurtenishorizon’. De waarnemingshorizon is een grens waaronder alles, zelfs licht, gevangen zit en niet aan het zwarte gat kan ontsnappen.

In hun paper beschreef het team een ​​nieuw scenario voor PBH-vorming en toonde aan dat de zwarte gaten uit het "multiversum" -scenario kunnen worden gevonden met behulp van de Hyper Suprime-Cam (HSC) van de 8.2m Subaru-telescoop, een gigantische digitale camera - - het management waarvan Kavli IPMU een cruciale rol heeft gespeeld - - nabij de 4.200 meter hoge top van Mt. Mauna Kea op Hawaï. Hun werk is een opwindende uitbreiding van de HSC-zoektocht van PBH die Masahiro Takada, een hoofdonderzoeker bij de Kavli IPMU, en zijn team nastreven. Het HSC-team heeft onlangs belangrijke beperkingen gemeld voor het bestaan ​​van PBH's in Niikura, Takada et. al. Nature Astronomy 3, 524-534 (2019)

Afbeelding
Een ster in het Andromedastelsel wordt tijdelijk helderder als een primordiaal zwart gat voor de ster passeert en zijn licht focust in overeenstemming met de zwaartekrachttheorie. (Credit: Kavli IPMU / HSC-samenwerking)

Waarom was de HSC onmisbaar in dit onderzoek? De HSC heeft de unieke mogelijkheid om het hele Andromedastelsel om de paar minuten in beeld te brengen. Als een zwart gat door de gezichtslijn naar een van de sterren gaat, buigt de zwaartekracht van het zwarte gat de lichtstralen en laat de ster er gedurende een korte tijd helderder uitzien dan voorheen. De duur van het oplichten van de ster vertelt de astronomen de massa van het zwarte gat. Met HSC-waarnemingen kan men tegelijkertijd honderd miljoen sterren waarnemen en een breed net uitwerpen voor oerzwarte gaten die mogelijk een van de zichtlijnen kruisen.

De eerste HSC-waarnemingen hebben al een zeer intrigerende kandidaat-gebeurtenis gerapporteerd die consistent is met een PBH uit het "multiversum", met een massa van een zwart gat vergelijkbaar met de massa van de maan. Aangemoedigd door dit eerste teken en geleid door het nieuwe theoretische inzicht, voert het team een ​​nieuwe observatieronde uit om de zoektocht uit te breiden en een definitieve test te geven of PBH's uit het multiversum-scenario alle donkere materie kunnen verklaren.

https://www.ipmu.jp/en/20201224-PBH-multiverse
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie