По мнению группы исследователей, первозданные черные дыры, образовавшиеся в первые мгновения после Большого взрыва, могут объяснить всю темную материю во Вселенной. Это была также одна из самых противоречивых теорий Стивена Хокинга. Телескоп "Джеймс Уэбб", возможно, скоро сможет это проверить.
Согласно общей теории относительности, пространство-время искривляется под действием массы. И чем массивнее объект, тем более искривленным будет пространство-время. Таким образом, черная дыра имеет настолько высокую плотность, что создает чрезвычайно глубокий гравитационный колодец, способный разорвать это пространство-время. Генерируемая кривизна настолько сильна, что ничто не может ее избежать, даже фотоны.
Темная материя — это форма материи, которая пока еще является гипотетической и используется для объяснения некоторых астрофизических наблюдений, в частности, оценок массы галактик. Эта материя, которая не взаимодействует с "обычной" материей и поэтому не может быть непосредственно наблюдаема телескопами, действует как "невидимые строительные леса", на которых формируются и растут галактики. До сих пор эти два понятия всегда разделялись, но могут ли черные дыры и темная материя быть одним и тем же?
Именно это следует из новой модели ранней Вселенной, созданной астрофизиками из Йельского университета, Университета Майами и Европейского космического агентства (ЕКА). Эта модель перекликается с теорией, впервые предложенной в 1970-х годах физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром.
В то время два исследователя утверждали, что в течение первых долей секунды после Большого взрыва крошечные колебания плотности Вселенной могли создать холмистый ландшафт с "бугристыми" областями, предлагающими дополнительную массу. Затем эти бугристые области должны были коллапсировать в черные дыры. Затем они предположили, что темная материя может состоять из черных дыр, образовавшихся в первые моменты Большого взрыва.
Хотя эта теория долгое время оставалась спорной, группа исследователей предполагает, что, будучи слегка измененной, она может наконец-то обрести реальную объяснительную силу. Они предполагают, что если большинство первобытных черных дыр родились с размером, примерно в 1,4 раза превышающим массу солнца Земли, то они потенциально могут представлять всю темную материю, зарегистрированную в настоящее время во Вселенной.
Существование такой большой популяции первобытных черных дыр также может легко объяснить существование огромных сверхмассивных черных дыр, в сотни миллионов раз массивнее Солнца, наблюдаемых в ранней Вселенной.
Прежде чем получить черную дыру, обычно необходимо пройти через стадию "массивной звезды". В конце своей жизни эти объекты взрываются в виде сверхновых, а затем заканчивают свой жизненный путь в виде черных дыр. Однако некоторые из этих космических людоедов были замечены лишь через несколько сотен миллионов лет после создания Вселенной. Астрономы считают, что "семена", оставленные первыми звездами, недостаточно велики, чтобы породить такие объекты. Вопрос в том, как они появились.
Новая теория говорит нам о том, что первозданные черные дыры, если они существуют, вполне могут быть теми семенами, из которых в первую очередь образовались все эти знаменитые сверхмассивные черные дыры.
"Лично я нахожу эту идею очень интересной, так как она элегантно объединяет две действительно сложные проблемы, над которыми я работал: исследование природы темной материи, а также формирование и рост сверхмассивных черных дыр", — говорит Приямвада Натараян из Йельского университета.
Наконец, наличие первичных черных дыр может также решить еще одну космологическую головоломку: избыток инфракрасного излучения, синхронизированного с рентгеновским излучением, обнаруженным от далеких и темных источников, разбросанных по всей Вселенной. Согласно исследованию, эти возможные растущие первобытные черные дыры будут иметь точно такую же радиационную подпись.
Придумать интересную идею очень важно, но еще лучше иметь возможность ее протестировать. Возможно, здесь так и будет. Действительно, существование этих первобытных черных дыр может быть доказано или опровергнуто в ближайшем будущем благодаря телескопу Джеймса Уэбба, задача которого заключается в исследовании наличия развитых галактик в ранней Вселенной. Если темная материя состоит из первобытных черных дыр, то вокруг них в то время должно было образоваться больше звезд и галактик. Космическая лазерная интерферометрическая антенна ЕКА (LISA), анонсированная на 2030-е годы, также сможет уловить сигналы гравитационных волн от первых слияний первозданных черных дыр, если они вообще существуют.