נמצא הפתרון לאחת התעלומות הגדולות ביקום

חורים שחורים זעירים שנוצרו רגעים ספורים לאחר המפץ הגדול עשויים לחיות הרבה יותר זמן ממה שהמדע העריך עד כה. למעשה, החורים השחורים הקדמונים הללו עשויים לשרוד מספיק זמן כדי לעבור טרנספורמציה מדהימה ולהפוך ל"חורים לבנים" - אובייקטים היפותטיים שפולטים אנרגיה במקום לבלוע אותה, ושוקלים בסוף התהליך לא יותר מאשר שערת גבה אנושית או ביצה של פרעוש.

כך עולה ממחקר חדש שהוביל הפיזיקאי דניאל פראיזו מקולג' אברלי למדע, אשר פורסם השבוע באתר Space.com. הממצאים החדשים עשויים לפתור פרדוקסים ארוכי שנים בפיזיקה קוונטית ולשנות את האופן שבו מדענים מחפשים אחר החומר האפל ביקום.

הפתרון לפרדוקס המידע הקוונטי?

התגלית של פראיזו וצוותו אינה רק תיאוריה קוסמית משעשעת, אלא נגיעה באחד הקצוות החמים ביותר של הפיזיקה המודרנית. המחקר מתמקד בנקודה שבה החור השחור מגיע ל"מסת פלאנק" - כ-20 מיקרו-גרם. זהו הגבול הפיזיקלי שבו חוקי כדור הארץ וחוקי התת-אטומי מתנגשים. עד היום האמינו כי בשלב זה החור השחור פשוט מתפוצץ ונעלם תוך שבריר שנייה.

הניתוח החדש מראה כי במקום פיצוץ מיידי, השארית הזו במשקל "ביצת פרעוש" נותרת יציבה לחלוטין. היא מתחילה לפלוט מה שמכונה "קרינה מטהרת", שמשחזרת את המצב הקוונטי של היקום, ומתנהגת בדיוק כמו חור לבן. אם החלקיקים הללו אכן יציבים ושורדים מיליארדי שנים, הם הופכים למועמדים מובילים להסבר הרכב החומר האפל ביקום - אותה מאסה בלתי נראית שמחזיקה את הגלקסיות יחד.

כשחורים שחורים מתחילים "לדלוף"

כדי להבין את התגלית, צריך לחזור להבדל בין חורים שחורים "רגילים" לקדמונים. בעוד שחורים שחורים אסטרופיזיקליים נוצרים מקריסה של כוכבי ענק ומחזיקים במאסה של מאות שמשות, חורים שחורים קדמונים הם עדיין היפותטיים. הם היו אמורים להיווצר כתוצאה מתנודות חום ולחץ קיצוניות בשניות הראשונות של היקום.

בשנות ה-70 של המאה הקודמת, הפיזיקאי סטיבן הוקינג הוכיח כי חורים שחורים אינם שחורים לחלוטין; הם "מדליפים" קרינה תרמית המכונה כיום "קרינת הוקינג". החוק בפיזיקה הזו הפוך מההיגיון: ככל שהחור השחור קטן יותר, כך הוא חם יותר, מדליף מהר יותר ומתאדה במהירות רבה יותר.

בזמן שחורים שחורים מסיביים מדליפים כל כך לאט שהם ישרדו יותר מגילו של היקום כולו, החורים השחורים הקדמונים והזעירים היו אמורים להתאדות ולהיעלם מזמן בפיצוץ קוסמי אדיר - וזו הסיבה המרכזית לכך שמעולם לא הצלחנו לזהות אותם בתוך 13.8 מיליארד השנים שחלפו מאז המפץ הגדול. או לפחות, כך המדענים חשבו.

חישוב מסלול מחדש

"מצאנו שאורך החיים של חורים שחורים ארוך בהרבה ממה שחשבו בעבר", הסביר פראיזו. הצוות ביצע חישובים מתמטיים מורכבים המראים כיצד חור שחור קדמון שנוצר במאסה של אסטרואיד בינוני (כמיליארד טונות), דועך במשך כמיליארד שנים תוך פליטת קרינת הוקינג, עד שהוא מגיע לאותו קו אדום של מסת פלאנק.

מנגד, חור שחור קדמון שנולד במאסה של טונה אחת בלבד, יתפוצץ מיד ויצטמק לאותו גודל מיקרוסקופי. אולם כאן מגיע החידוש הדרמטי של המחקר.

"טיעונים קודמים הצביעו על כך ש-20 המיקרו-גרם הנותרים מוקרנים ונעלמים תוך שנייה אחת לכל היותר. ההערכה שלנו מראה במקום זאת שהשאריות הללו הן כמעט יציבות לחלוטין", מסביר פראיזו.

"המנגנון שאנו חוקרים הוא היעלמותו ההדרגתית של אופק האירועים - אותו גבול שבו האור נלכד. ברגע שהחור השחור מגיע לסף של 20 מיקרו-גרם, הוא משנה את תכונותיו והופך לאובייקט שממרחק נראה ומציג תכונות זהות לחלוטין לאלו של חור לבן".

המשמעות היא שהיקום עשוי להיות מלא במיליארדי "שאריות" יציבות של חורים שחורים קדמונים. למרות שהמדע עדיין אינו מבין לחלוטין את הפיזיקה הפנימית של חורים לבנים, זיהוי האובייקטים הללו עשוי להוות פריצת דרך משמעותית בהבנת ההיסטוריה המוקדמת של הקוסמוס.