Distribusjonen av mørk materie i galakse-klyngen Abell 3827 fremstår som blå konturlinjer på dette bildet av Hubble-romteleskopet.
(Bilde: © ESO / R. Massey)
Hvite hull, som teoretisk sett er de eksakte motsetningene til sorte hull, kan utgjøre en stor del av den mystiske mørke saken som antas å utgjøre det meste av saken i universet, viser en ny studie. Og noen av disse bisarre hvite hullene kan til og med være før Big Bang, sa forskerne.
Sorte hull har gravitasjonstrekk så kraftige at ikke engang lys, den raskeste tingen i universet, kan slippe unna dem. Den usynlige sfæriske grensen som omgir kjernen i et svart hull som markerer sitt punkt uten tilbakevending, er kjent som begivenhetshorisonten. [Bilder: Black Holes of the Universe]
Et svart hull er en prediksjon av Einsteins teori om generell relativitet. Et annet er kjent som et hvitt hull, som er som et svart hull i omvendt retning: Mens ingenting kan rømme fra et sort hulls hendelseshorisont, kan ingenting komme inn i et hvitt hulls hendelseshorisont.
Tidligere forskning har antydet at sorte hull og hvite hull er forbundet, med at materie og energi faller i et svart hull som potensielt dukker opp fra et hvitt hull enten et annet sted i kosmos eller i et annet univers helt. I 2014 foreslo Carlo Rovelli, en teoretisk fysiker ved Aix-Marseille-universitetet i Frankrike, og kollegene hans at sorte hull og hvite hull kan være koblet sammen på en annen måte: Når sorte hull dør, kunne de bli hvite hull.
På 1970-tallet beregnet teoretisk fysiker Stephen Hawking at alle sorte hull skulle fordampe masse ved å avgi stråling. Svarte hull som mister mer masse enn de får, forventes å krympe og til slutt forsvinne.
Imidlertid antydet Rovelli og kollegene at krympende sorte hull ikke kunne forsvinne hvis stoffets rom og tid var kvante - det vil si laget av udelelige mengder kjent som kvanta. Romtid er kvante i forskning som søker å forene generell relativitet, som kan forklare gravitasjonens natur, med kvantemekanikk, som kan beskrive oppførselen til alle de kjente partiklene, til en enkelt teori som kan forklare alle kreftene i universet .
I studien fra 2014 foreslo Rovelli og teamet hans at når et svart hull fordampet til en grad der det ikke kunne krympe seg lenger fordi romtid ikke kunne presses inn i noe mindre, ville det døende svart hullet rebound for å danne et hvitt hull.
"Vi snublet over det faktum at et svart hull blir et hvitt hull på slutten av fordampningen," sa Rovelli til Space.com.
Svarte hull i dag antas å danne seg når massive stjerner dør i gigantiske eksplosjoner kjent som supernovaer, som presser likene deres inn i de uendelig tette punktene kjent som singulariteter i hjertene til sorte hull. Rovelli og kollegene anslått tidligere at det ville ta et svart hull med en masse lik solens størrelse omtrent en firedobling ganger universets nåværende alder for å konvertere til et hvitt hull. [Supernova-bilder: Flotte bilder av stjerneeksplosjoner]
Tidligere arbeid på 1960- og 1970-tallet antydet imidlertid at sorte hull også kunne ha oppstått i løpet av et sekund etter Big Bang, på grunn av tilfeldige svingninger i tetthet i det varme, raskt ekspanderende nyfødte universet. Områder der disse svingningene konsentrerte saken sammen, kunne ha falt sammen for å danne sorte hull. Disse såkalte urfarlige sorte hullene ville være mye mindre enn sorte hull i stjernemassen, og kunne ha dødd for å danne hvite hull i løpet av universets levetid, bemerket Rovelli og hans kolleger.
Selv hvite hull med mikroskopiske diametre kan fremdeles være ganske massive, akkurat som sorte hull mindre enn et sandkorn kan veie mer enn månen. Nå antyder Rovelli og studere medforfatter Francesca Vidotto, Universitetet i Baskerland i Spania, at disse mikroskopiske hvite hullene kan utgjøre mørk materie.
Selv om mørk materie antas å utgjøre fem-seksedeler av all materie i universet, vet ikke forskere hva den er laget av. Som navnet antyder er mørk materie usynlig; den avgir ikke, reflekterer eller blokkerer lys. Som et resultat kan mørk materie for øyeblikket spores bare gjennom dens gravitasjonseffekter på normal materie, for eksempel det som utgjør stjerner og galakser. Naturen til mørk materie er for tiden et av de største mysteriene i vitenskapen.
Den lokale tettheten av mørk materie, som antydet av bevegelsen av stjerner i nærheten av solen, er omtrent 1 prosent solens masse per kubikk parsec, som er omtrent 34,7 kubikk lysår. For å redegjøre for denne tettheten med hvite hull, beregnet forskerne at ett bittelitt hvitt hull - mye mindre enn en proton og omtrent en milliondel gram, som tilsvarer omtrent massen til "en halv tomme av et menneskehår," Rovelli sa - er nødvendig per 2400 kubikk kilometer.
Disse hvite hullene ville ikke avgi noen stråling, og fordi de er langt mindre enn en bølgelengde av lys, ville de være usynlige. Hvis et proton tilfeldigvis påvirket et av disse hvite hullene, ville det hvite hullet "bare sprett bort," sa Rovelli. "De kan ikke svelge noe." Hvis et svart hull skulle møte et av disse hvite hullene, ville resultatet bli et eneste større svart hull, la han til. Som om ideen om usynlige, mikroskopiske hvite hull fra tidenes morgen ikke var vill nok, antydet Rovelli og Vidotto videre at noen hvite hull i dette universet faktisk kan være forut for Big Bang. Fremtidig forskning vil undersøke hvordan slike hvite hull fra et tidligere univers kan bidra til å forklare hvorfor tiden bare flyter fremover i dette nåværende universet og ikke også i revers, sa han.
Rovelli og Vidotto detaljert sine funn online 11. april i en artikkel sendt til Gravity Research Foundation's årlige konkurranse for essays om gravitasjon.
