V 70. rokoch 20. storočia Hawking sformuloval úvahu, že temná hmota, neviditeľná látka, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre, môže pochádzať z čiernych dier vytvorených v prvých okamihoch veľkého tresku. Teraz traja astronómovia prišli s teóriou, ktorá vysvetľuje nielen existenciu temnej hmoty, ale aj vznik najväčších čiernych dier vo vesmíre.
„Čo na tejto myšlienke považujem za nesmierne vzrušujúce je to, ako elegantne spája dva skutočne náročné problémy, na ktorých pracujem – problém skúmania povahy temnej hmoty a vzniku a rastu čiernych dier – a rieši ich jedným šmahom,“ uvádza spoluautorka vedeckej práce astrofyzička Yaleovej univerzity Priyamvada Natarajanová. A čo viac, niekoľko nových prístrojov – vrátane práve vypusteného vesmírneho ďalekohľadu Jamesa Webba – by mohlo priniesť údaje potrebné na konečné posúdenie Hawkingovho slávneho nápadu.
Čítajte aj Veda 2021: Ľudstvo sa "dotklo" Slnka, vedci objavili gén, ktorý možno zastaví rakovinu, transplantovali umelé srdce...
Temná hmota tvorí viac ako 80 percent všetkej hmoty vo vesmíre, ale žiadnym spôsobom priamo vzájomne nepôsobí so svetlom. Len sa vznáša, je masívna a ovplyvňuje gravitáciu vo vnútri galaxií. Predstava, že za tieto nepolapiteľné veci môžu byť zodpovedné čierne diery, je lákavá. Koniec koncov čierne diery sú temné, takže zaplnenie galaxie čiernymi dierami by teoreticky mohlo vysvetliť všetky pozorovania temnej hmoty.
Žiaľ, v modernom vesmíre sa čierne diery tvoria až potom, ako zomrú masívne hviezdy a zrútia sa pod ťarchou vlastnej gravitácie. Takže vytváranie čiernych dier vyžaduje mnoho hviezd – čo si vyžaduje množstvo bežnej hmoty. Vedci vedia, koľko bežnej hmoty je vo vesmíre z výpočtov raného vesmíru, kde vznikol prvý vodík a hélium. A jednoducho nie je dostatok bežnej hmoty na to, aby sa vytvorila všetka temná hmota, ktorú astronómovia doteraz zaznamenali.
Čítajte aj Globálne a na 10 dní: České predpovede sucha pokrývajú celú Zem
A prišiel Hawking. V roku 1971 navrhol, že čierne diery sa tvorili v chaotickom prostredí najskorších okamihov veľkého tresku. Vtedy mohli spontánne dosiahnuť hustôt potrebných na vytvorenie čiernych dier a zaplaviť nimi vesmír dlho predtým, než zablikali prvé hviezdy. Hawking naznačil, že tieto „prapôvodné“ čierne diery môžu byť zodpovedné za temnú hmotu. Napriek tomu, že to bol nápad zaujímavý, väčšina astrofyzikov sa namiesto toho zamerala na hľadanie novej subatomárnej častice, ktorá by temnú hmotu vysvetlila.
A čo viac, modely prvotného formovania čiernych dier narážali na problémy súvisiace s pozorovaním. Pokiaľ sa ich v ranom vesmíre vytvorilo príliš veľa, zmenili obraz reliktného žiarenia z raného vesmíru, známeho ako kozmické mikrovlnné pozadie (CMB). To znamenalo, že teória fungovala iba vtedy, keď boli počet a veľkosť prvotných čiernych dier dosť obmedzené, inak by teória bola v rozpore s meraniami CMB.
Čítajte aj Slovenskí a českí hvezdári "objavili a nafotili" teleskop Jamesa Webba
Myšlienka bola oživená v roku 2015, kedy Laserové interferometrové observatórium gravitačných vĺn (LIGO) objavilo svoj prvý pár kolidujúcich čiernych dier. Tieto dve čierne diery boli oveľa väčšie než sa čakalo, a jeden zo spôsobov, ako vysvetliť ich veľkú hmotnosť, bolo povedať, že vznikli v ranom vesmíre, nie v srdciach umierajúcich hviezd.
V najnovšom výskume sa Natarajanová, Nico Cappelluti z Miamskej univerzity a Günther Hasinger z Európskej vesmírnej agentúry (ESA) hlboko ponorili do teórie prvotných čiernych dier a skúmali, ako by mohli vysvetliť temnú hmotu a prípadne vyriešiť ďalšie kozmologické problémy.
Aby prešli súčasnými pozorovacími testami, musia byť prvotné čierne diery v určitom hmotnostnom rozsahu. V novej práci vedci predpokladajú, že prvotné čierne diery mali hmotnosť približne 1,4-krát väčšiu ako hmotnosť Slnka. Vytvorili model vesmíru, ktorý nahradil všetku temnú hmotu týmito pomerne málo hmotnými čiernymi dierami, a potom hľadali pozorovacie vodítka, ktoré by mohli tento model potvrdiť (alebo vylúčiť).
Čítajte aj Fyzici odhadli hmotnosť obzvlášť supermasívnej čiernej diery
Tím zistil, že prvotné čierne diery by mohli zohrávať dôležitú úlohu vo vesmíre tým, že dali základ prvým hviezdam, prvým galaxiám a prvým obrovským čiernym dieram (SMBH). Pozorovania naznačujú, že hviezdy, galaxie a SMBH sa v kozmologickej histórii objavujú veľmi rýchlo, možno príliš rýchlo na to, aby to bolo možné vysvetliť procesmi formovania a rastu, ktoré pozorujeme v súčasnom vesmíre. „Prvotné čierne diery, pokiaľ existujú, by mohli byť zárodky, z ktorých sa tvorili všetky obrie čierne diery, vrátane tej, ktorá je v strede Mliečnej dráhy,“ povedala Natarajanová. A teória je jednoduchá a nevyžaduje rad nových častíc na vysvetlenie temnej hmoty.
„Naša štúdia ukazuje, že bez zavádzania nových častíc alebo novej fyziky môžeme vyriešiť záhady modernej kozmológie od povahy samotnej temnej hmoty až po pôvod obrích čiernych dier,“ uviedol Cappelluti.
Čítajte aj Vedci po prvý raz pozorovali svetlo pochádzajúce spoza čiernej diery
Ide zatiaľ len o model, ktorý by však mohol byť otestovaný relatívne skoro. Webbov teleskop, ktorý bol po rokoch odkladov vypustený cez Vianoce, je špeciálne navrhnutý tak, aby odpovedal na otázky týkajúce sa pôvodu hviezd a galaxií. A ďalšie generácie detektorov gravitačných vĺn, najmä Laserová interferometrová vesmírna anténa (LISA), je pripravená odhaliť oveľa viac o čiernych dierach, vrátane tých prvotných, pokiaľ existujú.
Spoločne by Webbov teleskop a LISA mali astronómom poskytnúť dosť informácií na to, aby dali dokopy príbeh prvých hviezd a potenciálne aj pôvodu temnej hmoty. „Je neodolateľné preskúmať túto myšlienku dôkladne s vedomím, že má potenciál byť potvrdená pomerne skoro,“ povedala Natarajanová.