Если микроскопические черные дыры, рождающиеся через доли секунды после Большого взрыва, существуют, как предполагают некоторые исследователи, то по крайней мере одна из них может пролетать через Солнечную систему в десятилетие, создавая крошечные гравитационные искажения, которые могут обнаружить ученые, говорится в новом исследовании.
Эти результаты говорят о том, что если астрономам удастся обнаружить и подтвердить существование таких гравитационных искажений, то они смогут разгадать тайну природы темной материи — невидимого материала, который, как предполагают многие исследователи, составляет примерно пять шестых всей материи в космосе.
Многие исследователи предполагают, что темная материя может состоять из неизвестных частиц, но ни один эксперимент до сих пор не обнаружил новых частиц, которые могли бы быть темной материей. Поэтому одной из альтернатив, которую ученые рассматривают для объяснения темной материи, являются так называемые первобытные черные дыры, существующие с начала времен.
Предыдущие исследования показывают, что около 86 % материи во Вселенной состоит из по сути невидимой субстанции, называемой темной материей. Ученые предполагают существование темной материи по ее гравитационному воздействию на обычную материю и свет, но в настоящее время остается неясным, из чего она может состоять.
Черные дыры получили свое название из-за их огромного гравитационного притяжения, которое настолько сильно, что даже свет не может от него ускользнуть. Если черная дыра не выдает своего существования — например, разрывает на части звезду, — она может остаться незамеченной на фоне черноты космоса.
За десятилетия астрономы обнаружили множество черных дыр — от черных дыр звездной массы, обычно в 5-10 раз превышающих массу Солнца, до сверхмассивных черных дыр размером от миллионов до миллиардов солнечных масс. В отличие от них, в новом исследовании рассматриваются первозданные черные дыры, которые, согласно предыдущим исследованиям, могут иметь массу типичного астероида — то есть около 110 миллиардов — 110 миллионов миллиардов тонн (100 миллиардов — 100 миллионов миллиардов метрических тонн).
«Черные дыры, которые мы рассматриваем в нашей работе, по крайней мере в 10 миллиардов раз легче Солнца и по размеру едва ли больше атома водорода», — рассказала Space.com соавтор исследования Сара Геллер, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
Художественный портрет сверхмассивной черной дыры в галактике M87.
Черные дыры возникают, когда объект становится настолько плотным, что разрушается под действием собственной гравитации. Предыдущие работы показывают, что вскоре после Большого взрыва, до того как Вселенная сильно увеличилась в размерах, случайные флуктуации плотности материи в новорожденном космосе привели к тому, что некоторые сгустки стали достаточно плотными для образования черных дыр.
Предыдущие исследования позволили предположить, что первобытные черные дыры, дожившие до наших дней, могут составлять большую часть или всю темную материю. Основываясь на этой работе, новое исследование изучило, как часто первобытные черные дыры могут пролетать через Солнечную систему и могут ли они производить эффекты, которые ученые могут обнаружить на видимых объектах.
«Если на свете существует множество черных дыр, то некоторые из них, несомненно, должны время от времени пролетать через наш задний двор», — сказал Геллер.
Изначально исследователи «думали о том, что может произойти, если черная дыра пробьет земную кору, пройдет через нашу атмосферу или оставит кратер на Луне», — говорит Геллер. «Мы даже задались вопросом, что произойдет, если одна из этих крошечных черных дыр попадет в человека».
Однако «каждая из этих идей столкнулась с одной и той же проблемой», — пояснил Геллер. «Человек, Луна или даже Земля — это очень маленькая цель в просторах космоса, и вероятность того, что черная дыра когда-либо поразит их напрямую, ничтожно мала».
Вместо этого «нам нужна была система, достаточно большая, чтобы черные дыры регулярно проходили мимо нее, но достаточно точно измеренная, чтобы мы могли заметить какой-то эффект», — говорит Геллер. «Тогда мы начали думать об очень точно измеренных орбитах объектов в Солнечной системе». В принципе, гравитационное притяжение первобытной черной дыры «могло бы вызвать колебания орбит объектов Солнечной системы, достаточно большие для того, чтобы мы могли их измерить».
В итоге ученые сосредоточились на первобытных черных дырах, пролетающих вблизи внутренних планет Солнечной системы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Они обнаружили, что если первобытные черные дыры существуют, то их количество может быть достаточно большим, чтобы хотя бы одна из них пролетала мимо внутренних миров раз в десятилетие. Они добавили, что несколько пролетов, возможно, уже произошли, поскольку технологии, способные обнаружить такие возмущения, появились в сети.
Геллер предупредил, что «мы не делаем ни одного из следующих утверждений — что первобытные черные дыры определенно существуют, что они составляют большую часть или всю темную материю; или что они определенно находятся здесь, в нашей Солнечной системе». Вместо этого они говорят, что если первозданные черные дыры существуют и составляют большую часть темной материи, «то они должны пролетать через внутреннюю часть Солнечной системы каждые 1-10 лет».
Ученые также отметили, что их выводы основаны на относительно простых компьютерных симуляциях, которые не обладают той точностью, которая необходима для анализа реальных данных об орбитах внутренней Солнечной системы.
«Чтобы сделать окончательные заявления, нам нужно будет поработать с коллегами, которые специализируются на моделировании Солнечной системы с помощью гораздо более сложных вычислительных методов», — сказал Space.com соавтор исследования Бенджамин Леманн, физик-теоретик из Массачусетского технологического института. Он добавил, что им также необходимо определить, как выяснить, что может быть реальным сигналом первобытной черной дыры, а что просто попадает в диапазон погрешностей, ожидаемых от любого измерения.
Сейчас ученые обсуждают возможность сотрудничества с группой моделирования Солнечной системы в Парижской обсерватории для анализа существующих орбитальных данных. «Они являются одними из ведущих экспертов по сложным методам моделирования, которые потребуются для того, чтобы сделать этот анализ реальностью», — сказал Леманн. «Как только мы разработаем полную модель, которую можно будет использовать для поиска в реальных данных, нам нужно будет выяснить, какие последующие наблюдения будут наиболее подходящими для любого сигнала, который мы можем зарегистрировать».
Такой подход к поиску первозданных черных дыр по их гравитационным эффектам «не является полностью достаточным для того, чтобы отличить первозданную черную дыру от какого-то другого необычного объекта аналогичной массы», — предупредила Геллер. Она отметила, что если эта стратегия обнаружит потенциальную первозданную черную дыру, «мы сможем запустить последующие наблюдения, чтобы исключить другие возможности». Астрономы на самом деле удивительно хорошо умеют находить даже гораздо более легкие объекты в нашей Солнечной системе, такие как небольшие астероиды, тогда как прямое наблюдение за маленькой черной дырой с помощью телескопа, скорее всего, вообще ничего не покажет».
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
