Pirmykštės juodosios skylės (PBH) – ypač išskirtinis juodųjų skylių tipas, kuris, kaip manoma, galėjo susiformuoti iš itin tankių subatominių medžiagos sankaupų vos per pirmąją sekundę po Didžiojo sprogimo. Naujas tyrimas praneša apie tai, kas galėtų būti pirmasis tiesioginis tokio objekto stebėjimas.

Nors galutiniam patvirtinimui gali prireikti metų, pati galimybė mokslininkus itin jaudina.

Įprastai juodosios skylės atsiranda žlugus masyviai žvaigždei po supernovos sprogimo. Tačiau jau seniai svarstoma, kad ankstyviausiais Visatos momentais galėjo egzistuoti ir pirmykštės juodosios skylės – be jokios žvaigždės „pagalbos“. Ilgą laiką tai buvo tik teorija, tačiau pastaraisiais metais daugėja užuominų, leidžiančių manyti, kad tokie objektai gali būti realūs.

Dabar „Majamio universiteto“ astrofizikai Alberto Magaraggia ir Nico Cappelluti aptiko dar vieną galimą pirmykštės juodosios skylės pėdsaką, pasitelkę lazerinį interferometrinį gravitacinių bangų observatorijos kompleksą „LIGO“, veikiantį dviejose vietose – Vašingtono ir Luizianos valstijose.

„LIGO“ registruojamos gravitacinės bangos – tai erdvėlaikio raibuliai, kuriuos gali sukelti, pavyzdžiui, dviejų juodųjų skylių susidūrimas. Tyrėjų analizuotas signalas parodė susidūrimą, kuriame vieno objekto masė buvo mažesnė nei Saulės masė – o tai, mokslininkų teigimu, gali reikšti pirmykštę juodąją skylę.

„Dažniausiai juodosios skylės susiformuoja po supernovos – masyvios žvaigždės mirties. Todėl jų masė gali svyruoti nuo kelių Saulės masių iki milijardų Saulės masių“, – aiškina N. Cappelluti.

Tuo metu pirmykštės juodosios skylės, anot teorinių modelių, turėtų būti gerokai mažesnės masės.

„Manome, kad mūsų tyrimas padės patvirtinti, jog [pirmykštės juodosios skylės] iš tiesų egzistuoja“, – teigia N. Cappelluti.

Vis dėlto norint įsitikinti, reikalinga išsamesnė signalo, pavadinto S251112cm, analizė. Tyrėjai tvirtina, kad labiausiai tikėtinas paaiškinimas – būtent mažesnės nei Saulės masės pirmykštės juodosios skylės egzistavimas.

A. Magaraggia ir N. Cappelluti taip pat atliko skaičiavimus, kiek pirmykščių juodųjų skylių galėtų būti Visatoje ir kaip dažnai „LIGO“ teoriškai turėtų jas užfiksuoti. Šie įverčiai, jų teigimu, dera su „LIGO“ duomenimis nuo 2015 metų, kai observatorija pradėjo registruoti gravitacines bangas.

„Bandėme įvertinti, kiek pirmykščių juodųjų skylių gali egzistuoti Visatoje ir kiek jų turėtų būti aptinkama „LIGO“, – sako A. Magaraggia.

„Mūsų rezultatai nuteikia viltingai. Prognozuojame, kad mažesnės nei Saulės masės juodosios skylės, panašios į tą, kurią galėjo stebėti „LIGO“, turėtų būti retos – ir tai atitinka, kaip retai iki šiol buvo matyti tokie įvykiai“, – priduria jis.

Kaip ir įprastos juodosios skylės, pirmykštės juodosios skylės neleidžia šviesai ištrūkti, todėl jas itin sunku aptikti. Be to, jos galėtų būti dar mažesnės – kai kuriais atvejais teoriškai net asteroido dydžio.

Pridėjus tai, kad tenka „žvelgti“ per milijardus metų į praeitį, tokia paieška primena adatos ieškojimą kosminėje šieno kupetoje. Vis dėlto, jei šiuos objektus pavyktų identifikuoti ir suskaičiuoti, jie galėtų padėti paaiškinti dar vieną kosminę mįslę – tamsiąją medžiagą.

Tamsioji medžiaga, kaip ir pirmykštės juodosios skylės, išlieka hipotetinė. Tačiau astrofizikai mano, kad ji gali sudaryti apie 85 proc. Visatos masės ir būti atsakinga už tai, kad kosminės struktūros laikosi kartu. Nors tamsiosios medžiagos tiesiogiai nematome, jos buvimą galima spręsti iš erdvėlaikio ir dangaus kūnų judėjimo dėsningumų.

Ekspertai svarsto, kad pirmykštės juodosios skylės galėtų sudaryti didelę dalį tamsiosios medžiagos. Pagal kai kuriuos scenarijus jų pradžioje galėjo būti neįtikėtinai daug – pradedant nuo ypač mažų mastelių, o vėliau jos galėjo pasklisti po Visatos platybes.

Norint galutinai patvirtinti pirmykščių juodųjų skylių egzistavimą, reikės užfiksuoti daugiau tokių signalų. Tikimasi, kad tai taps vis realiau, nes tokios sistemos kaip „LIGO“ yra nuolat atnaujinamos, o ateityje prie paieškų prisidės ir nauji instrumentai, pavyzdžiui, Europos kosmoso agentūros planuojamas gravitacinių bangų detektorius „LISA“, kurio startas numatytas 2035 metais.

„„LIGO“ užfiksavo labai stiprių įrodymų, kad tokio tipo juodosios skylės egzistuoja, tačiau mums reikės aptikti dar vieną tokį signalą ar net kelis, kad gautume galutinį, neabejotiną patvirtinimą“, – sako N. Cappelluti.

„Aišku viena: jų negalima atmesti kaip realiai egzistuojančių“, – priduria jis.

Tyrimas bus publikuotas būsimame žurnalo „The Astrophysical Journal“ numeryje.