Астрофизики из Физико-математического института имени Кавли (Япония) изучили раннюю Вселенную, чтобы рассмотреть сценарий образования первичных черных дыр (ПЧД). Камера 8,2-метрового телескопа Subaru увидела событие, которое показывает, что зарождение ложных пузырьков вакуума во время расширения Вселенной могло создать популяцию ПЧД, которая одновременно составляет всю темную материю. Новость появилась на сайте института. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Первичные черные дыры (ПЧД) – гипотетические черные дыры, которые могут составлять всю или часть темной материи, а также отвечать за некоторые из наблюдаемых сигналов гравитационных волн и зародить сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центре нашей Галактики и других галактик. Они также могут играть роль в синтезе тяжелых элементов, когда сталкиваются с нейтронными звездами и разрушают их, высвобождая богатый нейтронами материал. В частности, существует возможность того, что загадочная темная материя, на которую приходится большая часть материи во Вселенной, состоит из первичных черных дыр.
Чтобы узнать больше о первичных черных дырах, исследовательская группа изучила раннюю Вселенную в поисках ключей к их образованию. Ранняя Вселенная была настолько плотной, что любое положительное колебание плотности более 50 процентов привело бы к созданию черной дыры. Однако известно, что космологические возмущения, засеянные галактиками, намного меньше. Тем не менее, ряд процессов в ранней Вселенной мог создать правильные условия для образования черных дыр.
Одна из теорий гласит, что первичные черные дыры могли образоваться из «младенческих вселенных», созданных во время «инфляции» – быстрого расширения Вселенной, в результате которого, как полагают ученые, образовались сегодняшние галактики и скопления галактик. Во время расширения «детские вселенные» могли ответвляться от нашей Вселенной. Маленькая младенческая (или «дочерняя») Вселенная в конечном итоге схлопнется, но большое количество энергии, высвобождаемой в небольшом объеме, вызывает образование черной дыры.
Еще более своеобразная судьба – у большой дочерней вселенной. Если она больше некоторого критического размера, теория гравитации Эйнштейна позволяет младенческой вселенной существовать в состоянии, которое кажется отличным для наблюдателя изнутри и снаружи. Внутренний наблюдатель видит в ней расширяющуюся Вселенную, а сторонний наблюдатель (например, мы) видит в ней черную дыру. В любом случае, большая и маленькая младенческие вселенные рассматриваются нами как первичные черные дыры, которые скрывают базовую структуру множества вселенных за своими «горизонтами событий». Горизонт событий – это граница, ниже которой все, даже свет, оказывается в ловушке и не может покинуть черную дыру.
В своей статье команда описала новый сценарий образования ПЧД и показала, что черные дыры из сценария «мультивселенной» можно найти с помощью Hyper Suprime-Cam (HSC) 8,2-метрового телескопа Subaru, гигантской цифровой камеры. HSC обладает уникальной способностью каждые несколько минут снимать всю галактику Андромеды. Если черная дыра проходит через луч зрения к одной из звезд, гравитация черной дыры искривляет световые лучи и заставляет звезду казаться ярче, чем раньше, на короткий период времени. Продолжительность просветления звезды сообщает астрономам массу черной дыры. С помощью наблюдений HSC можно одновременно наблюдать сто миллионов звезд, бросая широкую сеть для первичных черных дыр, которые могут пересекать одну из линий зрения.
Первые наблюдения HSC уже сообщили об очень интригующем событии-кандидате, совместимом со сценарием создания ПЧД, образованной из «мультивселенной». Масса этой ПЧД сравнима с массой Луны. Команда проводит новый раунд наблюдений, чтобы расширить поиск и дать окончательный ответ на то, могут ли ПЧД из сценария мультивселенной объяснить существование темной материи.
[Иллюстрация: KAVLI IPMU]
