Supermasivní černé díry těsně před srážkou. Kredit: NASA's Goddard Space Flight Center.

Černé díry jsou extrémní v řadě věcí. Například jsou extrémně jednoduché. Jak trefně píše Paul Sutter v Live Science, jsou to prostě … díry. Které je možné vyčerpávajícím způsobem popsat hmotností, elektrickým nábojem a rotací. Kromě toho, že jejich jednoduchost je provokací namířenou proti fyzikům, tak také dovoluje, abychom si s konceptem černých děr hráli a zkoušeli, co všechno snese.

Miguel Zilhao. Kredit: CENTRA.

Miguel Zilhao z portugalského výzkumného centra CENTRA (Center for astrophysics and gravitation) a jeho spolupracovníci udělali z dvojic černých děr, přinejmenším ve svých výpočtech, přízračné gravitační molekuly, kolem nichž krouží podivnosti z temné hmoty jako by to byly elektrony v molekulárním vodíku (H₂). Zní to jako neškodná zábava, ale podobné objekty a úvahy o nich by nás mohly dovést k odhalení temné hmoty a pochopení skutečné povahy časoprostoru.

Základem fyzikální ekvilibristiky Zilhaova týmu je pole. V tomto případě skalární pole (scalar field), tedy vlastně funkce přiřazující každému bodu prostoru skalár, veličinu s hodnotou plně určenou jediným číselným údajem. Klasickým příkladem skalárního pole je pole teploty v prostředí. V každém bodě dosahuje teplota jedné konkrétní hodnoty. Pokud jde o částicovou fyziku, tak ta popisuje atom jako nepatrné atomové jádro, které je obklopené elektronovým polem, vyjadřujícím výskyt elektronů. Toto pole reaguje na přítomnost jádra a elektrony se mohou objevit jen na některých místech. Platí to i pro elektrony kolem molekul tvořených 2 atomy, jako je například molekulární vodík.

Objevíme temnou hmotu na orbitě binárních černých děr? Kredit: NAOJ.

A podobně si lze představit i černé díry. Singularita odpovídá atomovému jádru a okolí černé díry si lze představit jako skalární pole, v němž se částice či hmota mohou nacházet jen na určitých místech. Zilhao a spol. zjistili, že to tak teoreticky může fungovat i kolem dvojic černých děr. A že v takovém případě se skalární pole kolem černých děr mohou překvapivě podobat elektronovým polím v molekulách. Proto tomu Zilhao a spol. říkají „gravitační molekuly“.

Proč tolik rozruchu kolem skalárních polí? Jde o to, že jak temná hmota, tak i temná energie, po jejichž identitě stále komplikovaně pátráme, by mohly být tvořeny jedním nebo i více skalárními poli. Tak jako jsou elektrony vlastně tvořeny elektronovým polem. Jestliže je temná hmota (případně temná energie) skutečně tvořena skalárním polem či poli, tak výsledky Zilhaova týmu vlastně znamenají, že by temná hmota na orbitě binárních černých děr mohla existovat v dost divné podobě temných „částic“, které by se podobaly elektronům na orbitě atomových jader.

Pokud to všechno platí a binární černé díry obíhají bizarní temnohmotové „částice“, tak bychom se o nich, poněkud překvapivě, mohli dozvědět. Dvojice černých děr se přece čas od času srážejí a splývají do sebe. A my takové srážky už nějaký čas odposloucháváme. Pokud černé díry opřádají temná skalární pole, mělo by to ovlivnit vznikající gravitační vlny při srážce. Prý bychom to mohli rozeznat s již existujícími gravitačními observatořemi.

Literatura

Live Science 9. 11. 2020.

arXiv:2010.00008.