Новое исследование показывает, что во время возможной фазы доминирования первичной материи взаимодействия между частицами могли привести к образованию первых компактных космических объектов. До того, как сформировались атомные элементы, то есть менее чем через секунду после Большого взрыва, если частицы сконденсировались в ореолы материи, то ореолы могли схлопнуться, создав первые чёрные дыры, бозонные звёзды и так называемые звёзды-людоеды. К такому выводу пришла группа исследователей из SISSA — Международной высшей школы перспективных исследований — в сотрудничестве с INFN, IFPU и Варшавским университетом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review D.
Исходя из гипотезы, предложенной некоторыми космологическими моделями, о том, что на самых ранних этапах существования Вселенной была короткая эпоха доминирования материи (Early Matter-Dominated Era, EMDE), авторы исследовали, как частицы могли взаимодействовать друг с другом, и обнаружили, что такие взаимодействия могли привести к появлению удивительного разнообразия космических объектов.
Последние достижения в области космологии позволили детально реконструировать историю Вселенной, начиная с быстрого начального расширения, известного как инфляция, и заканчивая первичным нуклеосинтезом — образованием первых атомных ядер тяжелее водорода, которое произошло в период от 10 секунд до 20 минут после Большого взрыва. Однако промежуточный период остаётся практически неизученным. Как объясняют авторы: «Существует интригующая вероятность того, что в это время материя временно доминировала во Вселенной». При таком сценарии могут естественным образом формироваться гало материи. Кроме того, если частицы взаимодействуют друг с другом, это может привести к гравитермическому коллапсу, в результате которого образуются компактные объекты, такие как чёрные дыры и другие экзотические космические структуры.
Исследователи предполагают, что среди компактных объектов могли сформироваться звёзды-людоеды. Такие звезды похожи на обычные, за исключением того, что источником энергии для них является самоаннигиляция частиц, а не ядерный синтез. В то же время могли сформироваться и бозонные звёзды, в которых источником энергии является квантовая природа частиц. Такие звёзды могли существовать в новорождённой Вселенной всего несколько секунд, прежде чем окончательно коллапсировать в первичные чёрные дыры. С другой стороны, чёрные дыры могли образоваться непосредственно в результате коллапса гало материи.
Согласно результатам исследования, гало, сформировавшиеся во время электромагнитного динамо, имели относительно небольшую массу (менее 10²⁸ граммов) и после гравитермального коллапса могли образовать ещё более мелкие первичные чёрные дыры. Используя упрощённую теоретическую модель, исследователи показали, что в некоторых случаях может происходить избыточное образование первичных чёрных дыр, что противоречит результатам наблюдений; в других случаях могут образовываться первичные чёрные дыры массой с астероид, которые потенциально могут составлять всю тёмную материю во Вселенной. Наконец, некоторые первичные чёрные дыры могут быстро испаряться и исчезать до начала первичного нуклеосинтеза, то есть до образования лёгких атомов, таких как водород и гелий.
Полученные результаты открывают широкие перспективы. Как заключают авторы, «было бы интересно изучить процесс формирования звёзд-каннибалов и бозонных звёзд в современной Вселенной в результате коллапса самовзаимодействующих ореолов тёмной материи. Более того, изучение процесса формирования звёзд и аккреции в простых моделях частиц может дать новое представление о сложных астрофизических процессах, формирующих нашу Вселенную».
[Фото: ru.123rf.com]
