Una dintre cele mai mari enigme ale fizicii moderne ar putea fi rezolvata cu ajutorul unor gauri negre minuscule, formate imediat dupa Big Bang.
Un grup de fizicieni americani si europeni sustine ca aceste obiecte cosmice ar putea interactiona cu o a cincea dimensiune, invizibila pentru noi, dar capabila sa influenteze gravitatia si evolutia Universului.
Un nou studiu, publicat în revista stiintifica Physical Review D, propune o explicatie pentru modul în care asemenea gauri negre ar putea exista si în prezent, la aproape 13,8 miliarde de ani dupa nasterea cosmosului.
Oamenii percep lumea prin intermediul a trei dimensiuni spatiale – lungime, latime si înaltime –, la care teoria relativitatii adauga timpul, rezultând un Univers cu patru dimensiuni spatio-temporale. Dar daca realitatea ar avea înca o dimensiune, pe care simturile si instrumentele noastre nu o pot detecta direct?
Aceasta este ipoteza explorata de cercetatorii Luis Anchordoqui, de la Lehman College din New York, Alek Bedroya, de la Universitatea Princeton, si Dieter Lüst, de la Institutul Max Planck pentru Fizica din Germania. Studiul lor sugereaza ca gaurile negre primordiale ar putea constitui o cale de verificare a existentei acestei dimensiuni suplimentare, iar Universul ar putea fi mult mai complex decât ne-am imaginat.
Cum ar putea exista o dimensiune ascunsa?
Pentru a întelege ipoteza, cercetatorii propun sa ne imaginam o fiinta care traieste pe suprafata unei foi de hârtie. Aceasta ar percepe numai doua dimensiuni spatiale: lungimea si latimea. Înaltimea ar fi inaccesibila experientei sale, chiar daca pentru noi existenta acesteia este evidenta.
Potrivit unor teorii ale fizicii moderne, omenirea s-ar putea afla într-o situatie asemanatoare. Universul nostru cu patru dimensiuni ar putea fi o structura numita brana, aflata într-un spatiu mai vast, cu cinci dimensiuni. În acest model, materia obisnuita si majoritatea particulelor cunoscute ar fi constrânse sa existe în Universul nostru, în timp ce gravitatia ar putea patrunde si în dimensiunea suplimentara.
Cercetatorii descriu o „dimensiune întunecata”, care ar putea avea o întindere caracteristica de ordinul unui micrometru, adica o milionime de metru. Desi pare extrem de mica, aceasta dimensiune ar putea modifica fundamental legile gravitatiei la scari foarte reduse. Existenta ei ar putea contribui la explicarea unor probleme ale fizicii fundamentale, inclusiv a proprietatilor energiei întunecate si ale materiei întunecate. Materia întunecata reprezinta aproximativ 27% din continutul total de masa si energie al Universului, însa natura sa exacta ramâne necunoscuta. Fizicienii nu au demonstrat înca existenta unei a cincea dimensiuni.
Modelul reprezinta o ipoteza teoretica, iar noul studiu analizeaza ce consecinte observabile ar avea aceasta daca ar fi reala. Un rol esential l-ar putea avea gaurile negre primordiale.
Spre deosebire de gaurile negre obisnuite, formate prin prabusirea unor stele masive, cele primordiale s-ar fi putut naste în primele fractiuni de secunda dupa Big Bang, înainte de aparitia primelor stele. În Universul timpuriu, materia si energia nu erau distribuite perfect uniform. Unele regiuni ar fi putut deveni suficient de dense pentru a se prabusi sub propria gravitatie, formând gauri negre. Acestea ar fi putut avea mase foarte diferite, unele fiind mult mai mici decât cele ale gaurilor negre stelare. Pâna în prezent, însa, nicio gaura neagra primordiala nu a fost identificata fara echivoc.
A cincea dimensiune
Cercetatorii au analizat ce s-ar întâmpla cu gaurile negre primordiale într-un Univers care contine o dimensiune suplimentara. Ei au luat în calcul mai multe mecanisme posibile de formare, inclusiv prabusirea unor regiuni supradense si colapsul unor structuri ipotetice numite „corzi cosmice”.
Aceste corzi nu trebuie confundate cu obiectele obisnuite. Ele ar reprezenta defecte extrem de subtiri ale structurii spatiu-timpului, aparute în urma transformarilor fizice dramatice petrecute în Universul primordial. Potrivit calculelor, gaurile negre formate prin prabusirea unor regiuni supradense ar putea aparea initial ca obiecte cu patru dimensiuni, însa aceasta configuratie ar deveni instabila.
Ulterior, ele s-ar transforma în structuri cu cinci dimensiuni. În schimb, gaurile negre rezultate din colapsul corzilor cosmice ar avea, potrivit modelului, cinci dimensiuni înca din momentul formarii.
O consecinta importanta priveste durata lor de viata. Conform teoriei dezvoltate de Stephen Hawking, gaurile negre emit radiatie si pierd treptat masa, proces care ar putea duce în cele din urma la evaporarea lor. Gaurile negre foarte mici ar trebui, în modelele conventionale, sa se evapore mult mai repede decât cele masive. Dar calculele noului studiu indica faptul ca gaurile negre cu cinci dimensiuni ar pierde masa mai lent decât echivalentele lor cu patru dimensiuni.
Unele ar putea supravietui miliarde de ani, eventual pâna în prezent. Aceasta posibilitate ar putea avea consecinte spectaculoase pentru astronomie. Cercetatorii sugereaza inclusiv o posibila legatura cu un eveniment misterios detectat în 2023 de observatorul de neutrini KM3NeT, amplasat în adâncurile Marii Mediterane.
Detectorul a înregistrat un neutrino de energie extraordinar de mare, a carui origine ramâne dificil de explicat. O ipoteza este ca particula ar fi putut fi produsa în timpul evaporarii finale a unei gauri negre primordiale cu cinci dimensiuni. Totusi aceasta interpretare este speculativa si nu exista dovezi directe care sa asocieze acel neutrino cu o gaura neagra primordiala.
De asemenea, studiul nu demonstreaza ca asemenea obiecte exista sau ca Universul poseda efectiv o dimensiune suplimentara. Importanta cercetarii consta în identificarea unor consecinte fizice care ar putea fi testate prin observatii astronomice viitoare.
Daca astronomii vor reusi sa descopere gauri negre primordiale si sa le determine proprietatile, acestea ar putea oferi indicii despre structura spatiu-timpului, natura materiei întunecate si conditiile existente imediat dupa Big Bang.
Iar daca ipoteza se va confirma, una dintre cele mai surprinzatoare concluzii ar fi ca Universul vizibil reprezinta doar o parte a unei realitati mult mai complexe, din care o întreaga dimensiune a ramas pâna acum ascunsa.
GABRIEL TUDOR
Comentarii