Niektórzy z nas odczuwają niepokój na widok węża czy pająka. Ale co, gdyby na liście potencjalnych zagrożeń pojawił się… mikroskopijny obiekt o ogromnej grawitacji? Czy zastanawialiście się kiedyś, co stałoby się z człowiekiem, gdyby przez jego ciało spróbowała przeniknąć maleńka czarna dziura?
To właśnie pytanie zadał sobie profesor fizyki Robert Scherrer, publikując wyniki swoich analiz w czasopiśmie International Journal of Modern Physics D. Badanie może wydawać się niecodzienne, lecz jego celem jest lepsze zrozumienie natury ciemnej materii — tajemniczej substancji, z której może być zbudowana większość Wszechświata.
Czym są pierwotne czarne dziury?
Pierwotne czarne dziury (ang. *primordial black holes*) to hipotetyczne obiekty, które mogły powstać w ekstremalnie gęstych i gorących warunkach tuż po Wielkim Wybuchu — prawdopodobnie w czasie pierwszej sekundy istnienia kosmosu. W odróżnieniu od czarnych dziur powstałych z zapadnięcia się masywnych gwiazd, ich narodziny nie wymagały materii gwiazdowej.
Ich możliwe masy są zdumiewająco zróżnicowane: od obiektów 100 000 razy lżejszych niż spinacz do papieru po takie, które ważą 100 000 razy więcej niż Słońce.
Część naukowców przypuszcza, że pierwotne czarne dziury mogą stanowić pewien odsetek, a może nawet całość ciemnej materii — niewidocznej formy materii oddziałującej grawitacyjnie, ale nieemitującej światła. Choć jej obecność odczuwamy pośrednio (np. poprzez wpływ na ruch galaktyk), jej natura wciąż pozostaje tajemnicą.
Obraz pochodzący z symulacji superkomputerowej środowiska kosmologicznego, w którym pierwotny gaz ulega bezpośredniemu zapadnięciu w czarną dziurę. Źródło: Aaron Smith/TACC/UT-Austin
Makroskopowa ciemna materia (MACRO)
Scherrer oparł się na wynikach własnych, wcześniejszych badań prowadzonych wspólnie z Jagjitem Singhem Sidhu i Glennem Starkmanem. Dotyczyły one makroskopowej ciemnej materii (MACRO) — dużych, zbudowanych z wielu cząstek struktur o możliwie nietypowych własnościach.
Analizy pokazały, że gdyby takie obiekty istniały i przenikały przez ludzkie ciało, wyrządzałyby poważne szkody. Brak doniesień o podobnych zdarzeniach pozwalał więc ustalać ograniczenia ich masy i gęstości we Wszechświecie.
To właśnie te obliczenia zainspirowały Scherrera do sprawdzenia, jaką krzywdę mogłaby wyrządzić człowiekowi pierwotna czarna dziura.
Jak zachowałaby się czarna dziura przechodząca przez ciało człowieka?
Profesor Scherrer skupił się na dwóch głównych efektach grawitacyjnych:
1. Naddźwiękowe fale uderzeniowe
Obiekt poruszający się szybciej niż prędkość dźwięku generuje falę uderzeniową — gwałtowne zaburzenie rozchodzące się w kształcie stożka. Zjawisko to znamy m.in. z huku samolotów wojskowych.
Pierwotna czarna dziura, będąc ekstremalnie ciężką i małą, poruszałaby się przez ciało z olbrzymią prędkością. Wytworzyłaby fale uderzeniowe podobne do tych generowanych przez pocisk przebijający ludzkie tkanki — powodując rozległe uszkodzenia.
2. Pływowe siły grawitacyjne
Pływowe siły grawitacyjne to różnica w działaniu grawitacji na dwa pobliskie punkty — ta sama siła odpowiada za pływy morskie, jak i za tzw. „spaghettifikację” materii w pobliżu czarnych dziur.
Dla ludzkiego ciała oznaczałoby to gwałtowne rozciąganie i rozerwanie struktur komórkowych. Szczególnie podatne są na to komórki mózgu — delikatne i bardzo wrażliwe na lokalne różnice ciśnień oraz sił.
Astronauta wpadający do czarnej dziury (schematyczna ilustracja efektu spaghettiizacji). Źródło: Wikipedia
Czy powinniśmy się martwić?
Na szczęście odpowiedź brzmi: nie.
Scherrer uspokaja: „Pierwotne czarne dziury są teoretycznie możliwe, ale mogą nawet nie istnieć”.
A nawet jeśli istnieją:
- Duża pierwotna czarna dziura (rozmiaru zbliżonego do asteroidy) rzeczywiście działałaby jak „kosmiczny pocisk”, zdolny do zabicia człowieka.
- Mała pierwotna czarna dziura mogłaby… przejść przez ciało niezauważona, nie wyrządzając szkody.
Zdarzenie to jest jednak skrajnie mało prawdopodobne — gęstość przestrzenna tych obiektów w kosmosie musiałaby być gigantyczna, by przypadkowo natrafić na człowieka. Według obecnych badań szansa na takie spotkanie jest praktycznie zerowa.
Choć wizja mikroskopijnej czarnej dziury przenikającej przez ludzkie ciało wydaje się rodem z fantastyki naukowej — i faktycznie była inspiracją autora — jej analiza pomaga lepiej zrozumieć ciemną materię i ograniczenia dotyczące jej masy.
Badania Scherrera pokazują, jak kreatywne pytania mogą prowadzić do poważnych ustaleń naukowych. A my możemy spać spokojnie: wśród codziennych zagrożeń czarne dziury zdecydowanie nie zajmują miejsca na liście.
Więcej informacji: publikacja Robert J. Scherrer, Gravitational effects of a small primordial black hole passing through the human body, International Journal of Modern Physics D (2025). DOI: 10.1142/s0218271825410032
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Ilustracja: Pixabay/CC0 Public Domain
