voří temnou hmotu černé díry z úsvitu vesmíru? Kredit: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Ve velmi zamotaném a pro všechny zúčastněné už nejspíš dost únavném příběhu temné hmoty hrají pozoruhodnou roli primordiální černé díry. Jsou samozřejmě zcela hypotetické a v tuto chvíli nikdo neví, zda existují, natož zda existují v dostatečném množství, aby mohly být zodpovědné za fenomén temné hmoty.

Primordiální černé díry, tedy pokud existují, mohly vzniknout během jinak rovněž velmi záhadné epizody nejranější historie vesmíru, která je známá jako kosmologická inflace. Nebo někde v její blízkosti, čili v prvních okamžicích vesmíru. Pokud tehdy existovaly extrémně husté kapsy hmoty a mohly gravitačně zkolabovat do černých děr. Představit si to v hrubých rysech lze, ověřit jen velmi těžko.

Stefano Profumo. Kredit: University of California, Santa Cruz.

Pokud se takový scénář tehdy odehrál a přinejmenším část primordiálních černých děr přežila do dnešní doby, mohly by se na temné hmotě podílet. Je v tom ale spousta neznámých. Například netušíme, jak velké by primordiální černé díry mohly být. Při gravitačním hroucení hmoty by nebyly omezeny velikostí hvězd, jako jsou dnes.

Kolem primordiálních černých děr se vedou intenzivní debaty, v tuto chvíli bez jasného výsledku. Pokud laik může soudit, spíše to s nimi nevypadá moc dobře. Experimenty, paleodetektory a pozorování gravitačních mikročočkování ve vesmíru ukrajují jednu možnou oblast jejich hmotností za druhou. Prostor pro jejich existenci se povážlivě zmenšuje.

Moc prostoru pro primordiální černé díry nezbývá. Kredit: Stefano Profumo.

Nicméně, stále se najdou fyzici, kteří za primordiální černé díry bojují a hledají jim místo k životu. Stefano Profumo z University of California, Santa Cruz ve své doposud nerecenzované studii navrhuje, že vesmír mohla vyplňovat nezměrná množství ultralehkých primordiálních černých děr.

Profumo jedním dechem přiznává, že by takto malé černé díry mohly být zranitelné Hawkingovým zářením. Jeho intenzita narůstá s klesající velikostí černé díry. Černé díry o extrémně nízké hmotnosti by se mohly v kosmicky krátkém čase vypařit. Není sto ale jisté, dokud nebudeme mít fungující model kvantové gravitace. Do té doby nebude jasné, co s ultralehkými černými dírami může stát.

Jak uvádí Profumo, ve hře jsou tři scénáře. 1. Ultralehké černé díry se opravdu vypaří a zaniknou ve spršce vysokoenergetických částic. 2. Existuje nějaký mechanismus, který zabrání vypaření ultralehké černé díry a stabilizuje je v určité rovnováze. 3. Ve hře je i možnost, že při zmíněné stabilizaci ultralehká černá díra přijde o horizont událostí a stane se z ní fyzikálně poněkud necudná nahá singularita (naked singularity).

Se všemi scénáři jsou ale potíže. V prvním případě je největší komplikací neznalost časové škály. Primordiální černé díry už mohly dávno všechny zmizet. Pokud ne a vypařují se, mohly by to detekovat výkonné gama teleskopy, jako třeba Fermi.

Druhý a třetí scénář by podle Profuma měl vést k objektům o extrémně malé velikosti, blízké Planckově škále. Pokud budou elektricky neutrální, což mohou, stejně jako se nejspíš nebudou rozpadat na nějaké částice, tak zřejmě nebude možné je detekovat. To nezní moc optimisticky. Nicméně, zdá se, že primordiální černé díry jsou stále ještě ve hře, i když jim už moc prostoru k možné existenci nezbývá.

Video: Stefano Profumo: The Primordial Black Holes Variation (Kashiwa 2021)

Video: February Slugs & Steins with Professor Stefano Profumo

Literatura

Universe Today 4. 5. 3024.

arXiv:2405.00546.