Физики все еще ищут «первичные» черные дыры, чтобы решить проблему темной материи
В течение некоторого времени физики охотились за первичными черными дырами, экзотическими объектами, которые могли образоваться в ранней Вселенной и породить целый ряд космических явлений.
Используя гигантский телескоп с диаметром 8,2 метра, физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Института физики и математики Вселенной Кавли в Японии ищут признаки этих объектов; их открытие может даже свидетельствовать о том, что наша Вселенная порождала другие Вселенные, когда сама была крошечной.
То, что они надеются увидеть, будет не таким скандальным, как обнаружение альтернативной реальности. Но если их новые модели верны, они могут обнаружить первичную черную дыру, плавающую между нами и соседней галактикой.
Обнаружение такого объекта может заполнить несколько пробелов в наших знаниях о целом ряде явлений, от природы темной материи до распределения тяжелых элементов в пространстве.
Что еще более заманчиво, это также может быть ключом к разгадке того, является ли наша собственная Вселенная лишь одной из многих в ветвящемся генеалогическом древе мультивселенных, когда-то порожденных во время космической инфляции — хотя все еще остается много споров.
Первичные черные дыры имеют много общего с обычными черными дырами, образованными коллапсирующими звездами. Например, они представляют собой интенсивные концентрации вещества, которые сжимают окружающее пространство-время в сингулярность.
Сингулярности сами по себе являются любопытными объектами, состоящими из точек, в которых физика искривления пространства общей теории относительности встречается с более детальными метриками квантовой механики. К сожалению, эти две основные теории не согласуются в некоторых важных деталях реальности, поэтому никто точно не знает, что такое сингулярность.
Даже окружающее искривление пространства и времени мешает нашей интуиции, оставляя место для предположений о том, что каждая черная дыра является каналом в совершенно отдельную Вселенную.
Это не так надумано, как кажется. Есть много веских причин думать, что как только наблюдатель пересекает горизонт событий — линию невозврата, — пространство и время становятся неотличимы от расширяющейся Вселенной, подобной нашей.
Это будет означать, что каждый раз, когда звезда коллапсирует с образованием сингулярности, наша Вселенная порождает еще одну Вселенную.
Отличие первичных черных дыр в том, что они возникли еще тогда, когда в нашей Вселенной доминировала радиация.
Первичные черные дыры — интересная теория, которая отчаянно нуждается в убедительных доказательствах. К сожалению, самые мелкие дыры уже давно испарились бы в потоке излучения Хокинга. И все, что достаточно велико, мы наверняка уже заметили.
Но есть возможности, которые исследователи еще не исключают.
В новой модели команда вернулась к теории, согласно которой квантовые эффекты в пустом пространстве могут создавать что-то вроде вакуумного пузыря, обеспечивая зародыш коллапса.
Их расчеты показывают, что эти условия в период быстрой инфляции могут создавать первичные черные дыры различных масс. Интересно, что некоторые из них соответствуют тому, что мы ожидаем от темной материи.
Это старая идея, которую какое-то время обсуждали, поскольку она выглядит все менее вероятной. Если популяция крошечных черных дыр действительно ведет себя как темная материя, вероятно, она будет составлять лишь часть ее.
В прошлом году исследователи использовали Hyper Suprime-Cam телескопа Subaru для получения 200 снимков нашей соседней галактики Андромеда в течение семи часов, просто чтобы посмотреть, может ли существовать первичная черная дыра с массой нашей Луны.
Помимо «может быть», эксперимент не нашел ничего особо захватывающего.
Но исследователи утверждают, что с новой моделью, если мы подождем немного дольше — например, около 88 часов — на этот раз нам может повезти. Или, по крайней мере, поставить точку.
Идентификация изначальной черной дыры такого размера предоставила бы космологам объект, который помог бы объяснить ряд сложных проблем. Это может не только способствовать нашему пониманию темной материи, но и их столкновения с нейтронными звездами могут объяснить быстрые радиовсплески.
Мы, возможно, уже видели столкновение между легкими черными дырами в сигнатуре гравитационного волнового события, которое имело все признаки слияния нейтронной звезды, однако прошло без вспышки.
Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
Источники: Фото: (Kavli IPMU)
