Толпы “первобытных” черных дыр могут заполнить нашу вселенную
Вселенная может быть полна крошечных древних черных дыр. И исследователи могли бы это доказать.
Эти миниатюрные черные дыры с начала времен или изначальные черные дыры (ПЧД) были впервые придуманы несколько десятилетий назад. Исследователи предложили их как объяснение темной материи – невидимой субстанции, которая оказывает гравитационное притяжение во всем космосе. Большинство объяснений темной материи связаны с гипотетическими частицами со специальными свойствами, которые помогают им уклоняться от обнаружения. Но некоторые исследователи считают, что рой маленьких черных дыр, движущихся, как облака, в космосе, более ясное объяснение. Новое исследование объясняет, откуда могли взяться эти ПЧД и как астрономы могли обнаружить афтершоки их рождения.
Откуда взялись маленькие черные дыры?
Черная дыра – это сингулярность, бесконечно плотная точка в пространстве, заполненная материей. Он образуется, когда материя становится настолько плотно упакованной, что сила гравитации подавляет все остальное, и материя схлопывается. Он искривляет пространство-время и окружает себя «горизонтом событий», сферической пограничной областью, за пределы которой не может выйти свет.
Законы общей теории относительности позволяют черным дырам существовать в любом масштабе; раздавите муравья достаточно сильно, и он рухнет в черную дыру, как звезда; он будет просто невероятно крошечным.
Большинство теорий ПЧД предполагают, что эти объекты имеют массу, как маленькие планеты, а горизонты событий – как грейпфруты. «Это диковинная идея, которая все еще находится на грани физики черных дыр и темной материи», – сказал Джоуи Нилсен, физик из Университета Вилланова, который не принимал участия в новом исследовании. Но в последнее время, когда другие теории темной материи оказались пустыми, некоторые исследователи повторно взглянули на понятие ПЧД.
Однако, если ПЧД существуют, они должны быть очень старыми. В современной Вселенной есть только два известных метода создания новых черных дыр из нормального вещества: звезды, которые намного тяжелее Солнца, сталкиваются или взрываются. Итак, каждая известная черная дыра весит больше, чем вся солнечная система (иногда намного больше).
По теме: действительно ли таинственная «Планета 9» нашей солнечной системы – это черная дыра размером с грейпфрут?
Создание маленьких черных дыр требует совершенно другого набора механизмов и ингредиентов.
Эти ингредиенты будут «веществом Большого взрыва, тем же веществом, из которого состоят звезды и галактики», – сказал Нейлсен Live Science.
Сразу после Большого взрыва вновь расширяющаяся Вселенная была заполнена горячей, плотной, практически недифференцированной материей, расширяющейся во всех направлениях. В этом болоте были небольшие очаги турбулентности – все еще видимые как флуктуации космического микроволнового фона (CMB), послесвечение Большого взрыва – и эти флуктуации дали структуру Вселенной.
«Если в точке А он немного более плотный, тогда вещество гравитационно притягивается к точке А», – сказал Нилсен. «И на протяжении всей истории Вселенной это притяжение заставляет газ и пыль падать внутрь, сливаться, коллапсировать и формировать звезды, галактики и все структуры во Вселенной, о которых мы знаем».
Большинство теорий ПЧД предполагают очень сильные флуктуации в ранней Вселенной, более сильные, чем те, которые сформировали галактики.
В этой новой статье исследователи помещают эти сильные колебания в период, известный как «инфляция». За первую тысячу миллиардов миллиардов миллиардных долей секунды после Большого взрыва Вселенная расширилась экспоненциально быстро. Исследователи полагают, что это быстрое раннее расширение дало пространству-времени его нынешнюю «плоскую» форму и, вероятно, предотвратило искривление пространства, как ранее сообщала Live Science.
В новой газете, опубликованной 20 ноября в arXiv В базе данных исследователи предполагают, что во время инфляции могли быть моменты, когда все пространство-время сильно искривлялось, прежде чем в конечном итоге выпрямиться. Эти короткие искривления, однако, вызвали бы флуктуации в расширяющейся Вселенной, достаточно интенсивные, чтобы в конечном итоге сформировать большую популяцию черных дыр земной массы.
Как найти крошечные черные дыры
Исследователи написали, что самый простой способ доказать правильность этой теории – это поискать «вторичные гравитационные волны» (ВГВ), эхом разносящиеся по Вселенной.
Эти волны, намного более слабые, чем гравитационные волны, возникающие при столкновении черных дыр, будут исходить от тех же возмущений, которые сформировали ПЧД. Это были бы тонкие колебания во Вселенной, неслышимые для современных детекторов. Но два будущих метода могут их найти.
Один подход: временные массивы пульсаров. Космос заполнен вращающимися нейтронными звездами, известными как пульсары, которые при вращении посылают к Земле вспышки энергии. Пульсары похожи на точные, предсказуемые тикающие часы в небе, но их сигналы могут искажаться гравитационными волнами. Вторичная гравитационная волна, проходящая между Землей и пульсаром, искривляет пространство-время, заставляя пульсар приходить немного раньше или позже – так, как это могла бы обнаружить временная матрица пульсаров.
Однако у этого плана есть проблема: временные массивы пульсаров будут полагаться на точное обнаружение тактов пульсаров, излучающих радиоволны. И один из самых важных радиодетекторов в мире, гигантский телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, по сути, был разрушен, как сообщает сайт-партнер Live Science Space.com.
Но даже если качественный эксперимент по времени пульсаров не удастся в ближайшие 15 лет, следующее поколение детекторов гравитационных волн должно быть достаточно чувствительным, чтобы улавливать эти вторичные гравитационные волны, пишут авторы.
Прямо сейчас детекторы гравитационных волн похоронены под землей и ищут флуктуации в пространстве-времени, измеряя изменения во времени прохождения света на большие расстояния. Но другие эффекты – небольшие землетрясения, волны, ударяющиеся о далекие берега, и даже кролики, прыгающие над головой – могут испортить сигнал. В 2034 году Европейское космическое агентство планирует запустить космическую антенну с лазерным интерферометром (LISA), гораздо более чувствительный космический детектор гравитационных волн, который позволяет избежать этих ошибок. Авторы писали, что LISA должна улавливать вторичные гравитационные волны.
Они писали, что такое обнаружение докажет, что ПЧД составляют большую часть (если не всю) темной материи во Вселенной.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
