În fiecare secundă de la Big Bang: crearea primelor găuri negre, stele boson și stele canibale
Într-un moment esențial al evoluției universului, ce a avut loc la mai puțin de o secundă după Big Bang, interacțiunile între particule ar fi putut genera structuri cosmice complexe precum găurile negre, stelele boson și stelele canibale. Aceasta este concluzia unei studii recente publicate în revista Physical Review D, elaborată de o echipă de cercetători de la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA), în colaborare cu INFN, IFPU și Universitatea din Varșovia.
Studiul pornește de la ipoteza conform căreia în cele mai timpurii faze ale universului a existat o scurtă eră a materiei dominate (EMDE), iar cercetătorii au investigat modul în care particulele ar fi interacționat între ele. Descoperirile sugerează că aceste interacțiuni ar putea duce la apariția unor obiecte cosmice surprinzătoare, evidențiind astfel complexitatea fizică a universului în primele sale momente.
Ce s-a întâmplat după inflatie?
Avansurile recente în cosmologie au permis reconstrucția detaliată a istoricului universului, începând de la expansiunea rapidă cunoscută sub numele de inflație, până la nucleosinteza primordială, care a avut loc între 10 secunde și 20 de minute după Big Bang. Perioada intermediară, totuși, rămâne în mare parte neexplorată. Autorii studiului subliniază că „o posibilitate intrigantă este aceea că, în acest interval, materia a dominat temporar universul”. În acest scenariu, se pot forma natural halo de materie, iar interacțiunile dintre particule pot conduce la un colaps gravitothermal, rezultând în obiecte compacte precum găurile negre și alte structuri cosmice exotice.
Structuri ciudate la începutul universului
Dintre aceste obiecte compacte, cercetătorii sugerează că ar fi putut să se formeze stele canibale. Aceste stele sunt similare stelelor tradiționale, însă autodistrugerea particulelor în loc de fuziunea nucleară le-ar putea alimenta, având astfel un mecanism diferit de generare a energiei.
În același timp, se consideră că ar fi putut apărea și stele boson, care se bazează pe natura cuantică a particulelor pentru a se susține. Acestea ar fi populat universul nou-născut pentru câteva secunde, înainte de a colapsa în găuri negre primordiale. Alternativ, găurile negre primordiale ar fi putut să se formeze direct din colapsul halo-urilor de materie.
Ipoteze noi privind găurile negre primordiale
În conformitate cu studiul, halo-urile formate în timpul unei EMDE aveau mase relativ mici (mai mici de 10²⁸ grame), iar colapsul gravitothermal ar fi putut genera chiar și găuri negre primordiale de dimensiuni mai reduse. Folosind un model teoretic simplificat, cercetătorii au demonstrat că, în anumite condiții, PBHs ar putea fi supraproduse, încălcând constrângerile observaționale. În alte cazuri, PBHs de dimensiunea asteroizilor ar putea forma, putând răspunde marii probleme a materiei întunecate a universului.
În final, unele PBH-uri ar putea evapora rapid, dispărând înainte de nucleosinteza primordială, adică înainte de formarea atomilor ușori precum hidrogenul și heliul.
Perspectiva asupra universului
Rezultatele studiului deschid perspective mai largi asupra formării stelelor canibale și stelelor boson în universul contemporan, prin colapsul halo-urilor de materie întunecată auto-interactive. În plus, deși mai speculative, studiul formării stelelor și a acumulării în modele simple de particule ar putea oferi noi perspective asupra complexelor procese astrophizice ce modelează universul nostru.
