חורים שחורים קדומים היו תיאורטיים במשך עשרות שנים ויכולים להיות אפילו חומר אפל חמקמק מתמיד. ובכל זאת, מעולם לא נצפה חור שחור ראשוני. לפי צמד אסטרופיזיקאים מאוניברסיטת באפלו, אוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב ואוניברסיטת דונג הווה הלאומית, החורים השחורים הקטנים הללו עלולים להיתפס על ידי כוכבי לכת סלעיים או אסטרואידים, לצרוך את הליבות הנוזליות שלהם מבפנים ולהשאיר מבנים חלולים; לחלופין, הם יכולים להשאיר מיקרו-מנהרות כאן על כדור הארץ בסלעים ישנים מאוד, או אפילו זכוכית או מבנים מוצקים אחרים בבניינים ישנים מאוד.
התרשמות של אמן מחורים שחורים ראשוניים. קרדיט תמונה: נאס"א.
חורים שחורים ראשוניים קטנים הם אולי השרידים המעניינים והמסקרנים ביותר מהיקום המוקדם.
הם יכולים לשמש מועמדים לחומר אפל, מקור גלי כבידה ראשוניים, לעזור בפתרון בעיות קוסמולוגיות כמו קיר התחום ובעיות מונופול מגנטי וכו'.
עם זאת, מעולם לא נצפה עד כה מועמד משכנע לחור שחור קמאי.
"הסיכוי למצוא את החתימות הללו קטן, אך חיפוש אחריהם לא ידרוש משאבים רבים והתמורה הפוטנציאלית, העדות הראשונה לחור שחור קדמוני, תהיה עצומה", אמר פרופסור דז'אן סטויקוביץ' מאוניברסיטת באפלו.
"עלינו לחשוב מחוץ לקופסה כי מה שנעשה כדי למצוא חורים שחורים ראשוניים בעבר לא עבד."
פרופסור סטויקוביץ' ועמיתו, ד"ר דה-צ'אנג דאי מאוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב ומהאוניברסיטה הלאומית דונג הווה, חישבו כמה גדול יכול להיות כוכב לכת חלול מבלי להתמוטט בעצמו, ואת הסבירות שחור שחור ראשוני יעבור דרך עצם על כַּדוּר הָאָרֶץ.
"בגלל הסיכויים הארוכים האלה, התמקדנו בסימנים מוצקים שקיימים במשך אלפי, מיליונים או אפילו מיליארדי שנים", אמר ד"ר דאי.
"אם לאובייקט יש ליבה מרכזית נוזלית, אז חור שחור קדמון שנתפס יכול לספוג את הליבה הנוזלית, שצפיפותו גבוהה מצפיפות השכבה המוצקה החיצונית", הוסיף פרופסור סטויקוביץ'.
"החור השחור הקדמוני עלול להימלט מהעצם אם העצם נפגע מאסטרואיד, ולא ישאיר דבר מלבד מעטפת חלולה."
אבל האם קליפה כזו תהיה חזקה מספיק כדי לתמוך בעצמה, או שפשוט תתמוטט תחת המתח שלה?
בהשוואת חוזקם של חומרים טבעיים כמו גרניט וברזל עם מתח פני השטח וצפיפות פני השטח, החוקרים חישבו שעצם חלול כזה יכול להיות לא יותר מעשירית מרדיוס כדור הארץ, מה שהופך אותו לסביר יותר להיות כוכב לכת קטן מאשר כוכב לכת תקין. .
"אם זה יהיה יותר גדול מזה, זה יתמוטט", אמר פרופסור סטויקוביץ'.
"ניתן לזהות את העצמים החלולים האלה באמצעות טלסקופים. ניתן לקבוע מסה, ולפיכך צפיפות, על ידי חקר מסלולו של עצם."
"אם הצפיפות של האובייקט נמוכה מדי לגודלו, זו אינדיקציה טובה שהוא חלול."
עבור עצמים ללא ליבה נוזלית, חורים שחורים ראשוניים עשויים פשוט לעבור ולהשאיר מאחוריהם מיקרו-מנהרה ישרה.
לדוגמה, חור שחור ראשוני במסה של 1022גרם ישאיר מאחוריו מנהרה בעובי 0.1 מיקרון.
לוח גדול של מתכת או חומר אחר יכול לשמש כגלאי חור שחור יעיל על ידי מעקב אחר הופעה פתאומית של המנהרות הללו, אבל יש סיכוי טוב יותר שתחפש מנהרות קיימות בחומרים ישנים מאוד - מבניינים בני מאות שנים ישנים, לסלעים בני מיליארדי שנים.
ובכל זאת, אפילו בהנחה שהחומר האפל אכן מורכב מחורים שחורים קדומים, הם חישבו שההסתברות של חור שחור קדמון יעבור דרך סלע בן מיליארד שנים היא 0.000001.
"צריך להסתכל על העלות מול התועלת. האם זה עולה הרבה לעשות את זה? לא, זה לא", אמר פרופסור סטויקוביץ'.
"אז הסבירות שחור שחור ראשוני יעבור דרכך במהלך חייך היא קטנה, בלשון המעטה. גם אם היה כזה, כנראה שלא תשים לב לזה."
"בניגוד לסלע, לרקמה האנושית יש כמות קטנה של מתח, כך שחור שחור ראשוני לא יקרע אותה לגזרים."
"ובעוד שהאנרגיה הקינטית של חור שחור קדמון עשויה להיות עצומה, היא לא יכולה לשחרר הרבה ממנה במהלך התנגשות כי היא נעה כל כך מהר."
"אם קליע נע דרך מדיום מהר יותר ממהירות הקול, למבנה המולקולרי של המדיום אין זמן להגיב."
"זרוק סלע דרך חלון, סביר להניח שהוא יתנפץ. תירה בחלון עם אקדח, סביר להניח שזה פשוט ישאיר חור".
של הצוותנְיָרפורסם בכתב העתהפיזיקה של היקום האפל.
_____
דה-צ'אנג דאי ודז'אן סטויקוביץ'. 2024. מחפשים חורים שחורים ראשוניים קטנים בכוכבי לכת, באסטרואידים וכאן על כדור הארץ.הפיזיקה של היקום האפל46:101662; doi:10.1016/j.dark.2024.101662
