Vznikly během inflace primordiální černé minidíry? Kredit: CC0 Creative Commons.

Je jistě už únavné slyšet pořád dokola, jak je temná hmota mysteriózní a nepolapitelná. Nicméně, je to tak. Fyzici s tím chtějí něco udělat a tak napínají svou představivost téměř až k prasknutí. Posuďte sami. Podle nové studie, kterou nedávno publikoval časopis Physical Review Letters, by temnou hmotu – která nezáří, neinteraguje a nedělá prakticky nic kromě toho, že má hmotnost a působí gravitací – mohly tvořit extrémně malé a zároveň primordiální černé díry, které se měly zrodit v divokém chaosu období Velkého třesku.

Fyzik Antonio Riotto ze Ženevské univerzity a jeho kolegové tvrdí, že by takové primordiální černé minidíry mohly vzniknout díky Higgsovu bosonu. Podle jejich představy se monodíry vynořily z nestabilit v Higgsově poli, když vesmír bezprostředně po Velkém třesku prožíval doposud ne zcela pochopenou epizodu extrémního nafouknutí, tedy kosmologické inflace. Jak se dalo čekat, nová hypotéza si ihned získala punc kontroverze a ne každý fyzik s ní souhlasí.

Antonio Riotto. Kredit: University of Geneva.

Higgsovy bosony vznikly jako zvlnění Higgsova pole, které prostupuje vesmírem a dává částicím jejich hmotnost. Když byl Higgsův boson konečně objeven, tak se ukázalo, že je hmotnost činí asi 126-násobek hmotnosti protonu. To bylo docela překvapení, protože mnozí fyzici očekávali, že by Higgs měl být těžší. S tím také souvisejí zneklidňující představy o tom, že Higgsovo pole a Higgsovy bosony nejsou v nejstabilnější možné fázi.

Riotto a spol. mají za to, že by překvapivě lehký Higgsův boson mohl vysvětlit temnou hmotu. Když se totiž vesmír těsně po svém zrodu nafukoval šílenou kosmologickou inflací, tak podle nich v ne zcela stabilním Higgsově poli docházelo ke kvantovým fluktuacím, které souvisely s rozdílnými hustotami hmoty v různých oblastech všudypřítomného Higgsova pole. A takové kvantové fluktuace mohly vytvořit nepatrné „záhyby“ časoprostoru, kde byla hustota hmoty natolik vysoká, že se zhroutily do černých miniděr.

Takové černé minidíry by měly hmotnost kolem 10 bilionů kilogramů, což zhruba odpovídá váze Mount Everestu. Pokud by Riotto a spol. měl pravdu, tak by tím vysvětlili, proč temná hmota nezáří. S černými děrami je to stejné. Pokud takové minidíry skutečně najdeme, tak to bude důkaz, že Higgsovo pole s Higgsovými bosony skutečně není v nejstabilnějším možném energetickém stavu. Výhodou (nebo nevýhodou, podle nátury) tohoto řešení temné hmoty by rovněž bylo, že nevyžaduje žádnou novou exotickou fyziku za hranicemi Standardního modelu.

Na začátku byl Velký třesk a kosmologická inflace. Kredit: NASA / WMAP Science Team.

Na druhou stranu, pokud takové primordiální černé minidíry existují, jak bychom je měli najít? A jak by dnes měly vypadat, když vznikly skoro před 14 miliardami let? Riotto tvrdí, že během té doby černé minidíry zřejmě přitahovaly a pohlcovaly další a další hmotu. Zároveň by ale mělo fungovat Hawkingovo záření, při němž černé díry kvůli kvantovým jevům ztrácejí energii a tím pádem hmotu. A čím menší černé díry jsou, tím by se měly Hawkingovým zářením vypařovat rychleji. Když by tyto dva procesy pracovaly proti sobě od Velkého třesku až do dneška, jak by měly vypadat původní černé minidíry? Toť otázka, která ještě fyziky hodně potrápí.

Představy, že temnou hmotu tvoří černé díry, nejsou nové. V současnosti to ale s nimi, jako s vysvětlením původu temné hmoty, nevypadá příliš dobře. Platí to zejména pro primordiální černé díry, jejichž existence je zatím zcela hypotetická. Dokud někdo neobjeví černé díry, jejichž hmota bude menší než hmotnost našeho Slunce, tak bude tohle vysvětlení temné hmoty velmi kontroverzní. Jenomže problém temné hmoty je tak zamotaný, že můžeme být rádi i za kontroverzní řešení.

Video: Antonio Riotto, Consistency relations for the large-scale structure...


Literatura
Live Science 6. 4. 2018, Physical Review Letters 120: 121301.