Остерегайтесь первичных черных дыр.
Наша вселенная может быть переполнена маленькими черными дырами. Маленькими и безумно древними. Эти миниатюрные черные дыры с начала времен или первичные черные дыры были впервые открыты несколько десятков лет назад. Исследователи использовали эту теорию в качестве объяснения темной материи – невидимого вещества, которое оказывает гравитационное влияние по всей Вселенной.
Вообще, большинство объяснений темной материи сводятся к тому, что есть гипотетические частицы, обладающие специальными свойствами, которые как раз препятствуют их обнаружению для нашего оборудования.
И вот, ученые приблизились хоть какому-то объяснению темной материи с помощью той самой «толпы» маленьких черных дыр, которые двигаются по космосу как облака. Новое исследование объясняет, откуда взялись эти первичные черные дыры (далее ПЧД) и как астрономы смогли обнаружить эхо их рождения.
Откуда взялись маленькие черные дыры?
Начнем по порядку. Черная дыра – область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Она образуется, когда материя становится настолько плотной, что сила тяжести «давит» все остальное и материя схлопывается. Вся эта история искривляет пространство-время и окружается себя горизонтом событий, пограничной зоной, за пределы которой уже не может выбраться даже свет.
Законы ОТО позволяют черным дырам существовать в любом масштабе. Попробуйте сплющить муравья достаточно сильно, и он рухнет в черную дыру, как звезда. Он будет просто нереально маленьким. Большинство теорий ПЧД предполагают, что эти объекты имеют малую массу. Типичный диапазон масс астероидов и маленьких планет.
Опять же, если первичная черная дыра существует, то нужно понимать, что она должна быть очень древней. ПЧД – это черная дыра, которая образовалась не от гравитационного коллапса крупной звезды, а в сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной.
Сразу после Большого взрыва, расширяющаяся Вселенная была заполнена горячей и плотной материей, расширяющейся во всех направлениях. В этом всем болоте были найдены небольшие очаги турбулентности – до сих пор засекаемые нами флуктуации космического микроволнового фона, так скажем эхо Большого взрыва. Именно эти флуктуации дали структуру нашей Вселенной.
Флуктуации в ранней Вселенной, более сильные, чем те, которые сформировали галактики. За первую тысячу миллиардов миллиардов миллиардных долей секунды после Большого взрыва Вселенная расширялась экспоненциально быстро. Это быстрое раннее расширение придало пространству-времени его нынешнюю «плоскую» форму, как полагают ученые, и, вероятно, предотвратило искривление пространства.
Но вот какая ситуация и обоснование теории ПЧД. Во время этой самой инфляции и невероятно быстрого расширения вселенной, могли существовать моменты, когда пространство-время сильно искривлялось, прежде чем выровняться. Как раз эти «временные» искривления и смогли бы вызвать флуктуации в той самой начальной Вселенной. Флуктуации эти были достаточно сильными, чтобы сформировать популяцию тех самых черных дыр земной массы.
Теперь к главному вопросу. Как найти эти дыры?
Один из самых простых способов, по мнению ученых, - поискать некие «вторичные гравитационные волны», которые эхом разносятся по Вселенной. Эти волны слабее гравитационных, возникающих при столкновении черных дыр. Но они как раз будут исходить от тех «возмущений», которые сформировали ПЧД.
Но как найти эти колебания, которые не слышат никакие из современных детекторов? Как найти то, что было не просто миллиарды лет назад, а в самом начале формирования Вселенной?
Есть метод
Космос заполнен пульсарами – невероятно быстрые вращающиеся нейтронные звезды. Они так сильно вращаются, что при вращении посылают к Земле вспышки энергии. Причем однородность сигнала и их периодичность напоминает тикающие часы. Только в небе и далеко-далеко. Но все же их сигналы могу искажаться гравитационными волнами.
Та самая вторичная гравитационная волна, проходящая между Землей и пульсаром, искривляет пространство-время, заставляя приходить сигнал пульсара немного раньше или немного позже – ровно так, как это могла бы обнаружить система синхронизации.
Однако у этого плана все таки есть проблема. Временные массивы пульсаров будут полагаться на точное обнаружение тактов пульсаров, излучающих радиоволны. И те самые колебание в итоге могут не обнаружить. А один за самых крупных радиодетектеров в мире, телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, по сути, разрушен.
Но даже если качественный эксперимент по времени пульсаров все таки не удастся в ближайшее время, то следующее поколение такие детекторов должно быть достаточно чувствительном, чтобы улавливать те самые вторичные гравитационные волны. В 2034 году Европейское космическое агентство планирует запустить космическую антенну с лазерным интерферометром (LISA), гораздо более чувствительный космический детектор гравитационных волн, который позволяет избежать нынешних ошибок.
LISA должна улавливать вторичные гравитационные волны. И если все сработает, это докажет, что ПЧД составляют большую часть темной материи во Вселенной.
Если не всю.
