Могут ли первичные черные дыры являться источником темной материи?

Черные дыры странные. Эти удивительные объекты, существование которых было окончательно доказано и вещественно подтверждено в 2019 году, представляют собой область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что объекты, движущиеся со скоростью света (и даже кванты самого света) не могут ее покинуть. Но не все черные дыры одинаковы: исследователи полагают, что существуют первичные черные дыры – объекты, которые предположительно образовалась в момент начального расширения Вселенной, когда еще не было ни звезд ни галактик. Именно к ним приковано внимание международной команде астрофизиков из Физико-математического института имени Кавли (Япония), которые выдвинули крайне необычное предположение о роли первичных черных дыр в структуре Вселенной: исследователи предположили, что первичные черные дыры могут отвечать за всю темную материю Вселенной или некоторую ее часть, за некоторые из наблюдаемых гравитационно-волновых сигналов, а также служить зародышами сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре нашей и других галактик.

Черные дыры скрывают в себе множество тайн. Теперь исследователи полагают, что некоторые из них могут являться источником темной материи и даже содержать внутри себя целые вселенные.

Самое интересное, однако, заключается в том, что согласно новой странной теории, первичные черные дыры могут содержать свернутые вселенные. Авторы работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters еще в октябре 2020 года, полагают, что вся наша Вселенная для стороннего наблюдателя может выглядеть как любая другая черная дыра. По мнению команды астрофизиков, эти крошечные дочерние вселенные, существующие внутри первичных черных дыр, могли отделиться от основной Вселенной после Большого взрыва. Напомню, что главная идея теории дочерней вселенной заключается в том, что наша Вселенная могла разделиться на несвязанные между собой части из-за эффектов квантовой гравитации.

Тайны первичных черных дыр

В ходе работы команда астрофизиков с головой погрузилась в изучение первичных черных дыр, которые, как считается, образовались как часть ранней Вселенной, когда еще не было ни звезд, ни галактик. Для изучения этих экзотических объектов исследователи использовали камеру Hyper Suprime-Cam (HSC) огромного 8,2-метрового телескопа Subaru, расположенного вблизи вершины горы Мауна-Кеа на Гавайях. Subaru способен получать изображения всей галактики Андромеды каждые несколько минут, помогая ученым наблюдать сто миллионов звезд за один раз.

В ходе работы ученые рассмотрели ряд сценариев, особенно связанных с «инфляцией» – периодом быстрого расширения Вселенной после Большого взрыва. Исследователи подсчитали, что в процессе инфляции космический климат созрел для создания первичных черных дыр различной массы. Интересно, что некоторые из них отражают характеристики, свойственные темной материи.

Первычные черные дыры могут являться ключом к величайшим загадкам космологии.

“Мы до сих пор не знаем, из чего состоит темная материя, но, поскольку известно, что черные дыры существуют, вопрос о том, может ли темная материя состоять из черных дыр, которые могли образоваться до того, как образовались звезды и галактики, естественнен”, — сказал в интервью изданию Motherboard астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования Александр Кусенко.

Еще один способ, с помощью которого могли образоваться первичные черные дыры – теория дочерней вселенной. В пресс-релизе исследования авторы научной работы отмечают, что «младенческая или дочерняя Вселенная в конечном итоге разрушилась бы, а огромный выброс энергии привел бы к образованию черной дыры». Что также интересно, гибель некоторых больших дочерних вселенных, вряд ли осталась бы незамеченной. Согласно теория гравитации, разработанной Альбертом Эйнштейном, такая вселенная может восприниматься наблюдателями по-разному. Если бы вы были внутри нее, то увидели бы расширяющуюся Вселенную. Но окажись вы снаружи, эта дочерняя вселенная выглядела бы как черная дыра.

Если следовать этой логике мультивселенной, то вполне возможно, что, хотя первичные черные дыры кажутся нам черными дырами, их истинная структурная природа может быть скрыта их «горизонтами событий» – границами, окружающими черные дыры, из которых не может вырваться даже свет. Внутри этих объектов, по мнению Кусенко, могут также находиться крошечные вселенные, лишенные материи, которые начали и не смогли сформироваться, когда наша собственная вселенная быстро расширялась.

Эффекты квантовой гравитации, возможно, породили дочерние вселенные. Не исключено также, что мы с вами как раз живем в одной из таких вселенных.

Следует отметить, что, хотя это и странно и, кажется, противоречит здравому смыслу, это далеко не первая научная работа, отображающая подобные идеи. Исследование, проведенное ранее в 2020 году, показало, что так называемые «заряженные» черные дыры могут включать в себя бесконечно повторяющиеся фрактальные вселенные различных размеров, включая миниатюрные, которые могут растягиваться и деформироваться во всех направлениях.

Как отмечают участники международной команды, стоящей за исследованием, в будущем астрофизики продолжат наблюдения с помощью телескопа Subary, а значит, возможно, нас ожидают удивительные открытия. Так что будем надеяться, что совместные усилия исследователей прольют столь необходимый свет на природу темной материи, дочерних вселенных и других, не менее. интригующих вопросов о нашей Вселенной.