Первичные черные дыры (ПЧД) – это черные дыры, которые, как полагают, появились в первые дни существования Вселенной, менее чем через секунду после Большого взрыва. Ученые предполагают, что в течение доли секунды до образования Вселенной пространство не было полностью однородным, поэтому более плотные и горячие области могли коллапсировать в черные дыры. В зависимости от того, когда именно они были сформированы в течение этой доли секунды, эти ПЧД могли иметь разные массы и связанные с ними характеристики.
Некоторые физики считают, что ПЧД вносят значительный вклад в прогнозируемое изобилие темной материи во Вселенной. Наблюдения гравитационных волн, собранные в рамках сотрудничества LIGO-Virgo-KAGRA, и ограничения, установленные этими наблюдениями, предполагают, что это крайне маловероятно.
Тем не менее, некоторые исследования показали, что кластеризация ПЧД во время их формирования может изменить скорость их слияния, что потенциально позволит получить значения в пределах ограничений, установленных LIGO-Virgo-KAGRA. Эта кластеризация также потенциально повлияла бы на существующие ограничения микролинзирования, поскольку кластеры ПЧД будут действовать как массивная одиночная линза, которую нельзя изучать с помощью исследований микролинзирования.
Ученые из Женевского университета, Римского университета Сапиенца и NICPB недавно провели теоретическое исследование, в котором рассматривалась гипотеза о том, что изначально сгруппированные ПЧД могут быть кандидатами в темную материю. Статья была опубликована в журнале Physical Review Letters.
«Наша работа была мотивирована утверждением, что первичные черные дыры с массами, близкими к массе Солнца, могли бы избежать нынешних сильных ограничений, связанных с микролинзированием, если бы они были сильно сгруппированы», – сказал Антонио Риотто, один из авторов статьи. – «Наше исследование доказало, что это утверждение неверно. Идея проста: сгруппированные ПЧД могут избежать ограничений микролинзирования, если кластеризация достаточно сильна, но это будет противоречить другому набору данных, поступающему из леса Лайман-альфа, который предполагает что для этого потребуется слабая кластеризация».
В своих анализах Риотто и его коллеги объединили ограничения микролинзирования, установленные предыдущими астрономическими наблюдениями, с данными из леса Лайман-альфа. Лес Лайман-альфа – это явление поглощения, которое можно наблюдать с помощью инструментов астрономической спектроскопии, проявляющееся в виде линий поглощения в спектрах далеких галактик и квазаров.
В своей статье исследователи показали, что данные леса Лайман-альфа предполагают, что для того, чтобы избежать существующих ограничений микролинзирования, ПЧД должны быть слабо, а не сильно кластеризованы, что противоречит теории, которую они рассматривали.
«Наш анализ исключает возможность того, что ПЧД могут быть темной материей Вселенной, если они имеют массы, аналогичные массам звезд», – сообщил Риотто.