Кротовые норы наизнанку: чёрные дыры с массой ресницы могут превращаться в белые фонтаны энергии

Новое исследование предполагает, что чёрные дыры, рождённые во время Большого взрыва, могут жить гораздо дольше, чем считалось ранее. Более того, эти крошечные первичные чёрные дыры способны просуществовать достаточно долго, чтобы превратиться в извергающие энергию белые дыры с массой человеческой ресницы.

Согласно гипотезе, первичные чёрные дыры образовались из-за флуктуаций в невероятно горячей и плотной материи, заполнившей Вселенную в первые мгновения после Большого взрыва. Этим они отличаются от знакомых нам чёрных дыр звёздной массы, или «астрофизических», возникающих при коллапсе массивных звёзд. Первичные чёрные дыры пока не обнаружены и остаются гипотетическими объектами.

Многие учёные полагают, что их не удаётся зафиксировать потому, что они давно испарились и, следовательно, больше не существуют в космосе возрастом 13,8 миллиарда лет. Это возможно, поскольку чёрные дыры, как предполагается, «испускают» тип теплового излучения, названный излучением Хокинга в честь Стивена Хокинга, описавшего его в 1970-х годах. Чем меньше масса чёрной дыры, тем она горячее, а значит, тем быстрее теряет энергию через излучение Хокинга и стремительнее испаряется — процесс, который, как считалось, заканчивается взрывным финалом.

Чёрные дыры звёздной массы, достигающие сотен масс Солнца, достаточно массивны и холодны, чтобы испаряться настолько медленно, что они способны пережить саму Вселенную многократно. Первичным чёрным дырам с массами значительно меньше звёздных повезло куда меньше — во всяком случае, так мы думали до сих пор. Исследователь из Колледжа наук Эберли Дэниел Параизо и его коллеги предполагают, что существует путь, по которому первичные чёрные дыры строго определённой массы могут пережить этот процесс и претерпеть поразительную трансформацию.

«Мы обнаружили, что время жизни чёрных дыр значительно больше, чем считалось ранее, — рассказал Параизо изданию Space.com. — Явления, которые мы описываем, актуальны для чёрных дыр, возможно образовавшихся в ранней Вселенной. Эти объекты пока не наблюдались, но их поиск вызывает огромный интерес, поскольку они рассматриваются как кандидаты на роль тёмной материи. Чёрные дыры начинают умирать, испуская тепловое излучение Хокинга. Загадка в том, что происходит, когда они достигают планковской массы, составляющей около 20 микрограммов».

Чёрная дыра размером с блошиное яйцо

Планковская масса, равная примерно 0,000000022 килограмма, — это фундаментальная единица массы в физике, которая считается особенной, потому что именно на этом рубеже правила, управляющие субатомными частицами и квантовой физикой, становятся столь же важны, как и законы гравитации и общей теории относительности. Физики считают её верхним пределом массы для любой отдельной элементарной частицы: любая частица тяжелее этого предела коллапсирует, рождая микроскопическую чёрную дыру.

В бытовых терминах планковская масса примерно равна массе человеческой ресницы или блошиного яйца — это примерно одна пятидесятитысячная массы желейной конфеты.

Параизо пояснил, что, когда первичная чёрная дыра испаряется до планковской массы, становясь так называемой планковской чёрной дырой, у неё есть несколько возможных сценариев дальнейшей судьбы. Один из них — исчезновение внешней границы, которая определяет само понятие чёрной дыры: области захвата света и электромагнитного излучения, известной как горизонт событий. «Механизм, который мы изучаем применительно к смерти такой чёрной дыры планковского размера, — это постепенное исчезновение горизонта, удерживающего излучение», — сказал Параизо.

Команда провела математические расчёты, которые показали: первичная чёрная дыра, родившаяся с начальной массой среднего астероида — около 1 миллиарда тонн, — распадается примерно за миллиард лет, испуская тепловое излучение Хокинга, пока не достигнет планковской массы. Однако первичная чёрная дыра, рождённая с массой всего в 1 тонну, взорвётся немедленно, мгновенно достигнув планковского порога. Именно то, что происходит дальше, отличает выводы команды от предыдущих исследований.

«Именно здесь наши результаты предсказывают нечто новое: прежние аргументы гласили, что оставшиеся 20 микрограммов излучаются по крайней мере за 1 секунду; наши же оценки показывают, что эти 20-микрограммовые остатки практически стабильны, — объясняет Параизо. — Как только чёрная дыра достигает порога в 20 микрограммов, мы обнаруживаем, что она начинает испускать очищающее излучение [названное так потому, что оно, как считается, „очищает“ квантовое состояние Вселенной] — поведение, характерное для белой дыры».

«Таким образом, хотя мы пока не знаем физику вблизи белой дыры, мы идентифицируем объект, который издалека обладает в точности теми же свойствами».

Иллюстрация белой дыры — «чёрной дыры, обращённой во времени», которая бесконечно отталкивает материю от себя. Изображение: Robert Lea (создано с помощью Canva)

Белые дыры — ещё одна гипотетическая сущность в физике; предполагается, что это фактически «чёрная дыра, обращённая во времени», которая не захватывает материю и излучение внутрь, а бесконечно извергает их наружу.

Любые дальнейшие предсказания о судьбе этих первичных чёрных дыр, приобретающих облик белых дыр, потребуют теории, объединяющей общую теорию относительности и квантовую механику, — так называемой «квантовой гравитации», которая упорно ускользает от физиков с начала XX века.

«Простые физические допущения о физике вдали от чёрной дыры могут многое рассказать нам об их времени жизни и об их переходе в стабильную фазу, которая выглядит как 20-микрограммовая белая дыра, — говорит Параизо. — Тот факт, что мы можем вывести эти свойства, используя лишь минимальные исходные данные из квантовой гравитации, поразителен».

Предварительная, не прошедшая рецензирование версия исследования доступна на репозитории научных работ arXiv.

Охота на призраков Большого взрыва: что это значит для науки

Результаты команды Параизо могут иметь далеко идущие последствия сразу для нескольких областей физики и космологии. Прежде всего, они предлагают элегантное решение одной из главных загадок современной науки — природы тёмной материи. Если первичные чёрные дыры не испаряются бесследно, а застывают в виде стабильных планковских объектов, то Вселенная должна быть буквально наполнена этими невидимыми реликтами. Обладая массой и гравитационным притяжением, но не излучая света, такие объекты вели бы себя именно так, как предсказывает теория тёмной материи.

Кроме того, переход чёрной дыры в белую на планковском масштабе может дать ключ к разгадке информационного парадокса — давнего спора о том, исчезает ли информация, поглощённая чёрной дырой, безвозвратно. Если объект на финальной стадии превращается в белую дыру и начинает «очищать» квантовое состояние Вселенной, это означает, что информация не теряется, а возвращается, хотя и в радикально преобразованной форме.

Наконец, это открытие подогревает надежды на экспериментальное обнаружение первичных чёрных дыр. Если расчёты команды Параизо верны, то гравитационно-волновые обсерватории нового поколения, возможно, смогут зафиксировать характерные всплески, сопровождающие переход чёрной дыры планковской массы в фазу белой дыры. Такое открытие стало бы первым прямым доказательством существования как первичных чёрных дыр, так и их «вывернутых наизнанку» двойников, и одновременно — первым экспериментальным окном в физику квантовой гравитации, о которой учёные мечтают уже столетие.

Источник: по материалам Space.com, интервью с Дэниелом Параизо и публикации на arXiv, июнь 2026 г.