Первичные черные дыры представляют собой гипотетические объекты, концепцию которых предложил еще Стивен Хокинг в семидесятых годах прошлого века. В отличие от привычных астрофизических черных дыр, возникающих при гравитационном коллапсе массивных звезд после их гибели, первичные черные дыры формировались из сверхплотных флуктуаций материи в самые первые мгновения существования Вселенной.
Гравитационные волны, возможно, указали на первичные черные дыры начала времен
Ученые из Университета Майами проанализировали сигнал от детектора LIGO, указывающий на столкновение объектов, один из которых легче Солнца. Это открытие может подтвердить существование первичных черных дыр, рожденных в момент Большого взрыва, и одновременно решить загадку темной материи, составляющей большую часть массы Вселенной.
Художественное изображение скопления малых черных дыр в центре галактики NGC 6397. ESA/Hubble
Масса имеет значение. Предел Чандрасекара — это фундаментальный физический барьер, составляющий примерно 1,4 массы Солнца. Звезда с меньшей массой в конце жизни превращается в белого карлика, а не в черную дыру. Это означает, что в современной Вселенной просто нет механизма создания черных дыр легче Солнца из звездного вещества. Если детектор видит объект массой с астероид или половину Солнца, это «паспорт» объекта, родившегося до появления первых звезд.
Этот механизм позволяет им обладать массой, несопоставимой со звездной: они могут быть крошечными, как астероид, или более крупными, как планета. До недавнего времени они оставались лишь теоретической конструкцией, однако сигнал гравитационных волн, зафиксированный обсерваторией LIGO, может стать первым вещественным доказательством, что такие черные дыры действительно существуют. Детекторы услышали «эхо» столкновения, в котором участвовал объект субсолнечной массы, что невозможно для обычных астрофизических черных дыр. Работа размещена на сервере arxiv.
Нико Каппеллути, исследователь из Университета Майами, отмечает: «Самые распространенные черные дыры образуются в результате взрыва сверхновых, то есть смерти массивной звезды. Поэтому их массы могут варьироваться от нескольких масс Солнца до миллиардов солнечных масс. Мы верим, что наше исследование поможет подтвердить, что первичные черные дыры действительно существуют».
Несмотря на то, что сигнал мог быть вызван помехами в работе лазерных плеч интерферометра, физики убеждены, что необычные характеристики всплеска указывают именно на неастрофизическую природу объекта. Если существование первичных черных дыр будет окончательно доказано, это перевернет наше представление об эволюции ранней Вселенной и распределении вещества в пространстве.
Ключ к темной материи
Гравитационные волны, исходящие от сталкивающихся черных дыр, фиксировались неоднократно, но всегда эти объекты были тяжелее Солнца.
Связь между первичными черными дырами и темной материей выглядит наиболее перспективным направлением современной космологии. Темная материя не взаимодействует со светом и электромагнитным излучением, оставаясь невидимой, однако ее гравитационное влияние удерживает галактики от распада. Ученые десятилетиями искали частицы, выходящие за рамки Стандартной модели, которые могли бы объяснить этот феномен, но поиски не увенчались успехом. Первичные черные дыры идеально подходят на роль кандидатов: они обладают массой, не излучают свет и скрыты за горизонтом событий.
Как утверждает соавтор работы Альберто Магараджа, наиболее правдоподобным объяснением сигнала LIGO является обнаружение именно такого объекта. Дальнейшие наблюдения с помощью модернизированных детекторов Virgo и KAGRA, а также запуск космической антенны LISA, позволят накопить базу данных о подобных событиях.
Как и в случае с предсказанием Эйнштейна о гравитационных волнах, которое ждало подтверждения целое столетие, обнаружение первичных черных дыр требует терпения и совершенствования технологий. Сейчас наука находится на пороге признания того, что загадочная невидимая субстанция, заполняющая космос, состоит не из новых частиц, а из древних гравитационных ловушек, появившихся на заре времени.