Przez Układ Słoneczny przelatują małe czarne dziury. Co by się stało, gdyby któraś uderzyła w Ziemię?
Te czarne dziury są 10 mld razy lżejsze od Słońca i mają niewiele większy rozmiar niż atom wodoru. A jeśli istnieje ich tak wiele, jak sądzą astrofizycy, to muszą co pewien czas przelatywać przez Układ Słoneczny. Jak wykryć takie mikroskopijne zjawiska i czy mogą mieć realny wpływ na nas?
Spis treści:
- Skąd się biorą czarne dziury?
- Czym są pierwotne czarne dziury?
- Tajemnicza ciemna materia
- Czarne dziury w Układzie Słonecznym
- Jak wykryć przelot czarnej dziury
Mikroskopijna czarna dziura może przechodzić przez nasz Układ Słoneczny raz na dekadę – twierdzą naukowcy z Massachusetts Institute of Technology oraz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Właśnie opublikowali na łamach czasopisma naukowego „Physical Review D” artykuł „Układ Słoneczny jako detektor czarnych dziur”. Dodają, że taki obiekt może w czasie przelotu generować niewielkie zakłócenia grawitacyjne, które naukowcy są w stanie wykryć.
Skąd się biorą czarne dziury?
Tylko skąd miałyby się wziąć takie czarne dziury? Zacznijmy od początku. Czarne dziury zawdzięczają swoją nazwę ogromnemu oddziaływaniu grawitacyjnemu. Jest ono tak silne, że nawet światło nie jest w stanie z niego uciec. Jeśli czarna dziura nie zdradzi swojego istnienia – na przykład poprzez rozerwanie gwiazdy – może pozostać niewykryta na tle czerni kosmosu.
Jedynym znanym w tej chwili sposobem powstawania czarnych dziur jest zapadanie grawitacyjne bardzo masywnych gwiazd. Skończył się w nich proces wypalania paliwa jądrowego dostarczającego ciśnienia zdolnego przeciwdziałać sile grawitacji. Teoretycznie każdy obiekt posiadający dużą masę można zmienić w czarną dziurę. Wystarczy ścisnąć tę masę do skrajnie małej objętości.
Jednak nikomu się to jeszcze nie udało, przynajmniej w formie, o jakiej myślimy. Bo w 2021 roku izraelscy uczeni stworzyli z 8000 atomów rubidu dźwiękową czarną dziurę o średnicy 0,1 mm. Ale w tym wypadku dziura nie wypuszczała ze swego wnętrza żadnego pochłoniętego dźwięku, a nie światła czy materii.
Czym są pierwotne czarne dziury?
Na przestrzeni dziesięcioleci astronomowie wykryli wiele czarnych dziur. Od takich o masie gwiazdowej, zwykle około 5 do 10 razy większej od masy Słońca, po supermasywne czarne dziury o masach od milionów do miliardów mas Słońca. Ale w omawianym badaniu skupiono się na analizie tzw. pierwotnych czarnych dziur. Według wcześniejszych badań mogą mieć one masę typowej planetoidy. Czyli od około 100 miliardów do 100 milionów miliardów ton.
– Czarne dziury, które bierzemy pod uwagę w naszej pracy, są co najmniej 10 miliardów razy lżejsze od Słońca. Mają niewiele większy rozmiar niż atom wodoru – mówi współautorka badania, dr Sarah Geller z MIT.
Część naukowców uważa, że krótko po Wielkim Wybuchu, zanim Wszechświat znacznie się rozszerzył, przypadkowe fluktuacje gęstości materii w nowo narodzonym kosmosie doprowadziły do utworzenia się pierwszych czarnych dziur. Niektórzy sądzą, że przynajmniej część tych pierwotnych czarnych dziur mogła przetrwać do dziś. Jedna z koncepcji głosi, że to właśnie one odpowiadają za tzw. ciemną materię.
Tajemnicza ciemna materia
Ciemna materia to hipotetyczna forma materii, która nie emituje ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Szacuje się, że stanowi ona około 27% masy Wszechświata, a jej obecność można zauważyć jedynie poprzez oddziaływania grawitacyjne. Z kolei zwykła materia, którą możemy zobaczyć lub dotknąć, to zaledwie 5% całkowitej masy i energii Wszechświata. W Drodze Mlecznej na każdy kilogram materii w gwiazdach przypada aż 15 kilogramów ciemnej materii.
Czy składa się ona właśnie z czarnych dziur? Polscy naukowcy z projektu OGLE zakwestionowali tę hipotezę. To nie znaczy jednak, że zakwestionowali istnienie samych pierwotnych czarnych dziur.
Czarne dziury w Układzie Słonecznym
W nowym badaniu specjalistów z MIT oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz sprawdzono, jak często pierwotne czarne dziury mogą przelatywać przez Układ Słoneczny. A także czy wywołują efekty, które naukowcy są w stanie zarejestrować na widocznych obiektach.
– Zastanawialiśmy się nawet, co mogłoby się stać, gdyby czarna dziura przebiła skorupę ziemską, przeszła przez naszą atmosferę lub pozostawiła krater na Księżycu. A nawet, co by się stało, gdyby jedna z tych maleńkich czarnych dziur uderzyła w człowieka – wyjaśnia dr Geller.
Jednak każdy z tych pomysłów napotkał ten sam problem. Człowiek, Księżyc, a nawet Ziemia są bardzo małymi celami w ogromnej przestrzeni kosmicznej. Szanse na to, że czarna dziura kiedykolwiek uderzy w nie bezpośrednio są niewielkie.
Jak wykryć przelot czarnej dziury
Dlatego badacze skupili się na bardzo precyzyjnie mierzonych orbitach ciał Układu Słonecznego. Szczególnie, że odległości od Ziemi do planet są znane z niezwykłą precyzją. Np. w przypadku Marsa – z dokładnością do 10 cm. Przyciąganie grawitacyjne takiej pierwotnej czarnej dziury podróżującej z prędkością 200 km/s mogłoby powodować wahania orbit obiektów w Układzie Słonecznym. Wahania wystarczająco duże, by można było je zmierzyć.
Naukowcy skupili się na pierwotnych czarnych dziurach przelatujących w pobliżu wewnętrznych planet Układu Słonecznego – Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa. Stwierdzili oni, że jeśli pierwotne czarne dziury istnieją, to może być ich na tyle dużo, iż przynajmniej jedna z nich przelatuje w pobliżu planet wewnętrznych raz na dekadę. Kilka takich przelotów mogło już mieć miejsce, odkąd mamy technologie zdolne do wykrywania zakłóceń temu towarzyszących.
Źródło: Physical Review D.
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.