Ősi fekete lyukak: az univerzum hajnalának relikviái
Az ősi fekete lyukak elmélete szerint ezek az objektumok még az atomok megszületése előtt, az univerzum első pillanataiban alakulhattak ki. Az 1960-as években javasolták először, hogy a téridő sűrűségének hirtelen ugrásai során létrejöhettek különböző méretű fekete lyukak – akár olyan aprók is, mint egy atommag –, attól függően, mekkora volt az adott „tüske” mérete.
Az ősi fekete lyukak létezéséhez azonban sajátos feltételek kellenek: a sűrűségtüskéknek tízezerszer nagyobbnak kell lenniük, mint amit a jelenlegi kozmológia jósol. Stephen Hawking és tanítványa, Bernard Carr részletezték először ezeket az elméleteket, és Hawking az úgynevezett Hawking-sugárzást is bevezette, amely révén a fekete lyukak tömege és energiája lassan elillanhat.
Ebből kifolyólag, ha egy ősi fekete lyuk például akkora lenne, mint egy kis aszteroida (kb. 100 billió gramm, azaz 100 milliárd kg), az univerzum jelenlegi, 13,8 milliárd éves korában érné el pusztulását: hosszú élete végén robbanásszerűen felszabadítana rengeteg nagy energiájú részecskét, köztük neutrínókat, kvarkokat és egyéb egzotikus részecskéket. Az igazán apró PBH-k már rég elpárologtak volna, a nagyobbak viszont még mindig itt lehetnek.
A sötét anyag és a kis fekete lyukak kapcsolata
A tudomány jelenleg igyekszik kizárni a különböző tömegtartományokban a létezésüket. Ha túl kicsik, ma már nem lennének jelen. Ha túl nagyok, gravitációs hatásukat már észleltük volna a távoli galaxisok fényein. A legvalószínűbb tartomány 1017 és 1020 kg között lehet, vagyis egy átlagos aszteroida és egy kisebb hold tömege között. Az ilyen fekete lyukak kulcsfontosságúak lehetnek, mert akár a rejtélyes sötét anyag egy részét, esetleg egészét is ezek tehetnék ki.
Ezáltal arra lehet következtetni, hogy ha ezek valóban léteznek, nemcsak az univerzum kezdeti körülményeiről tudnánk meg többet, hanem a galaxisok forgása és a struktúra kialakulása mögött rejlő hiányzó tömeget – más néven sötét anyagot – is magyarázhatnák.
Mi történhetett a Földközi-tenger mélyén?
A legújabb elméleti modellek – köztük Alan Kaiser és munkatársai tanulmánya – szerint amennyiben a KM3NeT által detektált neutrínó egy ősi fekete lyuk utolsó, robbanásszerű kibocsátásából érkezett, egy aszteroida-tömegű PBH-nak nagyjából 2 000 csillagászati egységre, vagyis körülbelül 300 milliárd km-re kellett volna felrobbannia a Naptól. Ez az esemény statisztikailag lehetséges: 8% az esélye, hogy egyáltalán bekövetkezzen. Nem hagyható figyelmen kívül, hogy a PBH-k a Hawking-sugárzásuk végén egyetlen, elképesztően energikus robbanásban bocsátják ki maradék tömegüket – ekkor alakulhatott ki a vizsgált neutrínó is.
Ha a PBH túl közel lett volna, gamma-sugár-kitörést is észleltünk volna, ha pedig túl távol, a neutrínók szétterültek volna az űrben, és nem értek volna el minket. Így azonban kivételes szerencsével éppen regisztrálhattuk egy ilyen „kozmikus üzenet” nyomát a detektorban.
Megosztott kutatói vélemények és jövőbeli nyomozás
A tudományos közösség azonban megosztott. Egyes szakértők, mint Dan Hooper, kizártnak tartják, hogy a neutrínó ősi fekete lyukból származik, hiszen ha ilyen események tényleg gyakoriak lennének, könnyen észrevehetnénk azokat. Mások, például Evan McDonough úgy vélik, legalább egy PBH valószínűleg van a világegyetemben – az azonban kérdés, hogy mennyire jelentős mennyiségben fordulnak elő.
Izgalmas alternatív elméletek is születnek: az úgynevezett „sötét fotonok” és „sötét elektronok” bevonása például lelassíthatta volna a kis tömegű PBH-k elpárolgását, így ma jóval több juthatott el a végső, robbanásszerű állapotig. Az előrejelzések szerint így akár több mint 90% az esély arra, hogy a következő tíz évben detektálni fogjuk egy PBH elpárolgását.
Ráadásul, ha a PBH-k többsége valóban aszteroida-méretű, várhatóan időnként a Naprendszeren belül is érzékelhetjük a gravitációs hatásukat. Az elképzelések szerint a Mars körül keringő űrszondák pályájának finom változásaival is kimutathatnánk, ha egy PBH elhalad a bolygó közelében.
Még sok a megválaszolatlan kérdés
Még hosszú az út addig, hogy eldőljön, valóban léteznek-e ősi fekete lyukak, vagy hogy ők alkotják-e a sötét anyagot. Jelenleg sem megerősíteni, sem kizárni nem lehet, hogy az a bizonyos neutrínó egy fekete lyuk utolsó robbanásából származik. Az viszont biztos, hogy a számok lenyűgözően egybevágnak, és a kutatóknak érdemes tovább figyelniük és vadászniuk ezekre a kozmikus üzenetekre a jövőben is.
