Fysiker foreslår at mørk materie består av sorte hull fra døde universer

En ny teori foreslår at den usynlige mørke materien, som utgjør om lag 27 prosent av universets masse, kan bestå av sorte hull som overlevde kollapsen av tidligere universer. Studien, publisert i tidsskriftet Physical Review D, er ledet av fysikeren Enrique Gaztanaga, som presenterer ideen i en artikkel for The Conversation.

Teorien bygger på to sentrale konsepter: det omstridte «store sprett»-scenariet, der Big Bang var starten på en evig syklus der universet utvider seg og trekker seg sammen igjen, og såkalte primordiale sorte hull.

Universet kan ha startet flere ganger

«Universet kan ikke ha begynt bare én gang, men kan ha sprettet tilbake,» skriver Gaztanaga. «De mørke strukturene som former galaksene i dag, kan være levninger fra en tid før Big Bang.»

Sorte hull som forklaring på mørk materie har stor appell. Begge fenomenene er stort sett usynlige, men likevel massive, og teorien eliminerer behovet for å lete etter ukjente partikler eller ny fysikk. I stedet fokuserer forskerne på primordiale sorte hull, som antas å ha dannet seg bare sekunder etter Big Bang.

I motsetning til vanlige sorte hull, som oppstår når massive stjerner eksploderer, oppsto de primordiale hullene direkte fra de ekstreme forholdene i det tidlige universet. De kunne ha vært så små som et atom, men likevel spredt utover hele universet – likevel har ingen blitt påvist.

Sorte hull som overlevde universets død

I Gaztanagas modell kan noen av disse sorte hullene være levninger fra et tidligere univers som kollapset og ble til en singularitet. Men ikke alt ble ødelagt.

«I vårt arbeid fant vi at objekter større enn 90 meter kunne ha overlevd overgangen fra kollaps til ekspansjon. Dette etterlater ‘levninger’ som bærer informasjon fra en tidligere kosmisk epoke. Disse levningene kan omfatte sorte hull, gravitasjonsbølger og tetthetsvariasjoner.»

I dette scenariet kan de primordiale sorte hullene oppstå enten ved direkte overlevelse eller ved at materieklumper kollapser til kompakte objekter. Galakser og stjerner fra kontraktsfasen blir til sorte hull, forklarer Gaztanaga, «noe som visker ut mesteparten av deres detaljerte struktur, men bevarer massen.»

Kan forklare supermassive sorte hull

Hvis «sprettet» produserer nok slike sorte hull, «kan de utgjøre en betydelig – kanskje dominerende – andel av den mørke materien,» skriver han. Teorien kan også forklare hvordan vi observerer supermassive sorte hull som eksisterte bare noen hundre millioner år etter Big Bang – noe som normalt ikke skulle vært mulig, siden de trenger lang tid for å samle så stor masse.

Mer forskning trengs

Likevel understreker Gaztanaga at «mye arbeid gjenstår». «Ideene må testes mot data – fra gravitasjonsbølgebakgrunner til galakseundersøkelser og presisjonsmålinger av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen,» sier han.

Forskningen er en del av en større diskusjon innen astrofysikken om universets tidlige tilstand og mørk materies natur. Om teorien holder vann, kan den revolusjonere vår forståelse av både sorte hull og universets livssyklus.