Sống khỏe

Các lỗ đen nguyên thủy có thể tràn ngập vũ trụ. Một người có thể va vào Trái đất?

An artist's depiction of matter swirling around a black hole.

Mô tả của một nghệ sĩ về vật chất xoáy xung quanh một lỗ đen. (Tín dụng hình ảnh: NASA / Dana Berry / SkyWorks Digital)

Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại SUNY Stony Brook và Viện Flatiron, chủ nhà của “ Hỏi một Người vũ trụ và “ Đài không gian , “và tác giả của” Làm thế nào để chết trong không gian . “ Sutter đã đóng góp bài viết này cho Ý kiến ​​chuyên gia của Space.com: Op-Ed & Insights .

Các lỗ đen có vẻ đẹp như sẹo y – bóng tối, mạnh mẽ, điềm báo. Và bây giờ, các nhà vật lý thiên văn đã nấu ra một thứ khác: các lỗ đen nguyên thủy, được tạo ra trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, tràn ngập vũ trụ ngày nay.

Vậy, khả năng một trong những quái vật cổ đại này sẽ lang thang về phía Trái đất là gì? Một nhà vật lý thiên văn đã chạy các con số.

Có liên quan: Bầy các lỗ đen ‘nguyên thủy’ có thể lấp đầy vũ trụ của chúng ta

Birthed in các vụ nổ lớn

Vũ trụ sơ khai là một hoang dã, thời gian phức tạp. Khác xa với vũ trụ ôn hòa mà chúng ta đang sống ngày nay, những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn được đánh dấu bởi sự chuyển pha triệt để, sự phân tách của các yếu tố cơ bản và các sự kiện hoang dã khác. Trong khi các nhà khoa học hiểu được vật lý trong vài phút đầu tiên, những gì đã xảy ra trước đó vẫn bị che đậy trong bí ẩn (và một loạt các phép toán phức tạp).

Bạn cần một số điều kiện khá khắc nghiệt để hình thành lỗ đen – nói rằng, một ngôi sao tự sụp đổ trong thời khắc thảm khốc cuối cùng của cuộc đời nó. Các ngôi sao đã không xuất hiện trong vài giây đầu tiên của sự tồn tại của vũ trụ, nhưng có thể đã có những điều kiện thích hợp để tạo ra các lỗ đen; tất cả những gì bạn cần là rất nhiều vật chất hoặc năng lượng được nhồi nhét trong một khối lượng đủ nhỏ.

Trong những vùng chưa được biết đến và chưa được khám phá của quá khứ xa xôi của vũ trụ, các điều kiện có thể phù hợp để làm ngập vũ trụ với các lỗ đen nguyên thủy, có thể có khối lượng bất kỳ, tùy thuộc vào điều kiện mà chúng được tạo thành. Nhưng sự quan tâm đến các lỗ đen nguyên thủy đã giảm dần trong nhiều thập kỷ khi các tìm kiếm về chúng trở nên trống rỗng – nghĩa là cho đến khi chúng ta có Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO).

Khi LIGO đã phát hiện ra vụ va chạm lỗ đen đầu tiên của nó , các lỗ đen có khối lượng khá đặc biệt; mỗi khối lượng bằng vài chục mặt trời. Phạm vi khối lượng đó rất khó đạt được với sự hợp nhất của các lỗ đen tiêu chuẩn dựa trên ngôi sao, bởi vì sự hợp nhất sẽ phải thường xuyên một chút mới hợp lý). Và vì vậy, trước khi bạn biết điều đó, các lỗ đen nguyên thủy đã trở lại trong tâm điểm.

Một cuộc gặp gỡ đen tối

Vấn đề về các quá trình trong vũ trụ sơ khai là nếu có một loại cơ chế kỳ lạ nào đó có thể tạo ra các lỗ đen, thì sẽ không tạo ra một vài trong số chúng – nó sẽ tràn ngập vũ trụ với chúng. Trên thực tế, có thể có đủ lỗ đen nguyên thủy di chuyển trong vũ trụ để giải thích ít nhất một phần của vật chất tối , chất bí ẩn chiếm hơn 80% vật chất trong vũ trụ.

Giả sử có một loạt các lỗ đen nhỏ đang bao trùm vũ trụ, như đã trình bày trong một bài báo được xuất bản gần đây cho cơ sở dữ liệu in sẵn arXiv . Điều gì sẽ xảy ra với họ?

Rất may, các lỗ đen không phải là 100% màu đen và chúng bị mất khối lượng qua Bức xạ Hawking , quá trình cơ học lượng tử phức tạp ở chân trời sự kiện lỗ đen cho phép một số hạt và bức xạ thoát ra ngoài. Chúng càng nhỏ, chúng càng nhanh mất khối lượng. Các lỗ đen nhỏ hơn khoảng 100 triệu tấn – nhẹ hơn một chút so với lỗ thông thường tiểu hành tinh – sẽ mất khoảng một nửa khối lượng của chúng trong độ tuổi hiện tại của vũ trụ. Do cách thức hoạt động của bức xạ Hawking, các lỗ đen lớn hơn sẽ chỉ mất đi một phần nhỏ khối lượng của chúng.

Tổng số lỗ đen nhỏ trong mỗi thiên hà phụ thuộc vào lượng vật chất tối bạn muốn giải thích với chúng và độ lớn của mỗi lỗ đen. Dù bạn cắt nó như thế nào, thì vẫn có rất nhiều.

Và mỗi người một cách nhanh chóng. Dựa trên các mô phỏng máy tính và các quan sát về động lực học của thiên hà, vật chất tối có vận tốc hơn một trăm dặm một giây. Với tốc độ đó, một lỗ đen có khối lượng bằng tiểu hành tinh có thể bao phủ khoảng cách giữa Sao Mộc và Trái đất chỉ trong vài tuần nữa. Vậy chúng ta có nên sợ hãi không?

Chạy các số

Điều gì sẽ xảy ra nếu một lỗ đen có khối lượng bằng một tiểu hành tinh va vào Trái đất? Nói tóm lại là thảm họa. Lỗ đen sẽ chọc thủng bề mặt hành tinh của chúng ta như một con dao nóng xuyên qua bơ, nhưng nó sẽ ngay lập tức bắt đầu chậm lại do tương tác hấp dẫn của nó với Trái đất. Bất kỳ nguyên tử hoặc phân tử nào (hoặc con người) giao nhau giữa chân trời sự kiện – ranh giới của lỗ đen mà không thứ gì, thậm chí cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoài – sẽ đơn giản trượt khỏi vũ trụ đã biết, không bao giờ được nhìn thấy nữa.

Trong trường hợp tốt nhất, lỗ đen sẽ thoát ra qua phía bên kia của hành tinh chúng ta, để những người sống sót dọn dẹp đống lộn xộn. Trong trường hợp xấu nhất, lỗ đen sẽ định cư vào lõi của hành tinh chúng ta, nơi Trọng lực là đủ để cho phép lỗ đen bắt đầu ăn. Cuối cùng, nó sẽ nuốt chửng toàn bộ hành tinh của chúng ta.

Rất may, theo tính toán trong bài báo, khả năng một lỗ đen định cư trong lõi Trái đất là khá nhỏ. Các lỗ đen quá nhanh.

Mặt khác, giao điểm của hành tinh chúng ta với một lỗ đen sẽ dẫn đến một thực tế khó chịu khác: sưởi ấm. Trong quá trình di chuyển qua Trái đất, lỗ đen sẽ tích tụ vật chất và sự bồi đắp đó sẽ tạo ra nhiệt (nhiệt lượng tương tự cung cấp năng lượng cho các hạt nhân thiên hà đang hoạt động). Tác động của một lỗ đen có khối lượng bằng một tiểu hành tinh sẽ giải phóng một lượng năng lượng tương đương với tác động của một tiểu hành tinh rộng hàng km.

Bạn biết đấy, a sát thủ khủng long .

Rất may, các vụ va chạm vào lỗ đen có thể rất hiếm. Theo tính toán của tờ báo, trong kịch bản “lạc quan” nhất – lạc quan theo tiêu chuẩn của các nhà khoa học, tức là tạo ra thiên hà với số lượng lỗ đen tối đa – có thể có một vụ va chạm hoặc lâu hơn mỗi tỷ năm, theo tính toán của tờ báo.

Vì vậy, khi xảy ra va chạm với lỗ đen, đừng quá sợ hãi.

Theo chúng tôi trên Twitter @Spacedotcom và trên Facebook.

Tham gia Diễn đàn không gian của chúng tôi để tiếp tục thảo luận về các nhiệm vụ mới nhất, bầu trời đêm và m quặng! Và nếu bạn có một mẹo tin tức, c chỉnh sửa hoặc nhận xét, hãy cho chúng tôi biết tại: community@space.com.

Paul Sutter

Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại SUNY Stony Brook và Viện Flatiron ở Thành phố New York. Paul nhận bằng Tiến sĩ Vật lý tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign vào năm 2011, và dành ba năm tại Viện Vật lý Thiên văn Paris, tiếp theo là học bổng nghiên cứu tại Trieste, Ý, nghiên cứu của anh tập trung vào nhiều chủ đề đa dạng, từ những lĩnh vực các vùng của vũ trụ, đến những khoảnh khắc sớm nhất của Vụ nổ lớn, để săn tìm những ngôi sao đầu tiên. Với tư cách là “Đặc vụ tới các vì sao”, Paul đã say mê thu hút công chúng trong việc tiếp cận khoa học trong vài năm. Anh ấy là người dẫn chương trình nổi tiếng “Ask a Spaceman!” podcast, tác giả của “Your Place in the Universe” và “How to Die in Space”, và thường xuyên xuất hiện trên TV.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button